DE69738206T2 - DNA diagnostics by mass spectrometry - Google Patents

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Abstract

Fast and highly accurate mass spectrometry-based processes for detecting a particular nucleic acid sequence in a biological sample are provided. Depending on the sequence to be detected, the processed can be used, for example, to diagnose a genetic disease or chromosomal abnormality; a predisposition to a disease or condition, infection by a pathogenic organism, or for determining identity or heredity. A method and apparatus for creating multiple branch wells from a parent well is disclosed. A multiple branching sub is provided for placement at a branching node of a well. Such sub includes a branching chamber and a plurality of branching outlet members. The outlet members during construction of the branching sub, have previously been distorted into oblong shapes so that all of the branching outlet members fit within an imaginary cylinder which is coaxial with and substantially the same radius as the branching chamber. After deployment of the branching sub via a parent casing in the well, a forming tool is lowered to the interior of the sub. The outlet members are extended outwardly by the forming tool and simultaneously formed into substantially round tubes. Next, each outlet member is plugged with cement, after which each branch well is drilled through a respective outlet member. If desired, each branch may be lined with casing and sealed to a branching outlet by means of a casing hanger. A manifold placed in the branching chamber controls the production of each branch well to the parent well.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Nachweis von MutationenDetection of mutations

Die genetische Information aller lebenden Organismen (z. B. Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen) ist in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) codiert. Bei Menschen besteht das gesamte Genom aus etwa 100.000 Genen, die sich auf 24 Chromosomen befinden (The Human Genome, T. Strachan, BIOS Scientific Publishers, 1992). Jedes Gen codiert für ein spezifisches Protein, das nach seiner Expression über Transkription und Translation eine spezifische biochemische Funktion in einer lebenden Zelle erfüllt. Änderungen in einer DNA-Sequenz sind als Mutationen bekannt und können zu Proteinen mit veränderten oder in einigen Fallen sogar verloren gegangenen biochemischen Aktivitäten führen; dies kann wiederum eine genetische Erkrankung verursachen. Mutationen beinhalten Nukleotiddeletionen, -insertionen oder -veränderungen (d. h. Punktmutationen). Punktmutationen können entweder Missense-Mutationen sein, die zu einer Änderung in der Aminosäuresequenz eines Proteins führen oder Nonsense-Mutationen, die für ein Stopp-Codon codieren und somit zu einem verkürzten Protein führen.The genetic information of all living organisms (eg animals, plants and microorganisms) is in the deoxyribonucleic acid (DNA) coded. In humans, the entire genome is about 100,000 Genes located on 24 chromosomes (The Human Genome, T. Strachan, BIOS Scientific Publishers, 1992). Each gene encodes a specific one Protein, after its expression via transcription and translation fulfills a specific biochemical function in a living cell. amendments in a DNA sequence are known as mutations and may be too Proteins with altered or even lost biochemical activities in some cases; this in turn, can cause a genetic disorder. mutations include nucleotide deletions, insertions or changes (i.e., point mutations). Point mutations can be either missense mutations be that to a change in the amino acid sequence lead a protein or nonsense mutations, the for encode a stop codon and thus lead to a truncated protein.

Mehr als 3000 genetische Erkrankungen sind zur Zeit bekannt (Human Genome Mutations, D. N. Cooper und M. Krawczak, BIOS Publishers, 1993), einschließlich Hämophilien, Thalassämien, Duchenne-Muskeldystrophie (DMD), Huntington-Erkrankung (HD), Alzheimer-Erkrankung und Zystische Fibrose (CF). Neben mutierten Genen, die zu genetischen Erkrankungen führen, sind bestimmte Geburtsdefekte das Ergebnis von Chromosomen-Anomalien, wie Trisomie 21 (Down-Syndrom), Trisomie 13 (Patau-Syndrom), Trisomie 18 (Edward-Syndrom), X-Monosomie (Turner-Syndrom) und andere Geschlechtschromosonen-Aneuploidien, wie etwa Klinefelter-Syndrom (XXY). Ferner gibt es zunehmende Hinweise darauf, dass bestimmte DNA-Sequenzen ein Individuum möglicherweise für irgendeine Erkrankung aus einer Reihe von Erkrankungen prädisponieren, wie etwa für Diabetes, Arteriosklerose, Fettleibigkeit, verschiedene Autoimmunerkrankungen und Krebs (z. B. Colorektal-, Brust-, Gebärmutter-, Lungen-Krebs).More as 3000 genetic diseases are currently known (human genome Mutations, D.N. Cooper and M. Krawczak, BIOS Publishers, 1993), including haemophilia, thalassemia, Duchenne muscular dystrophy (DMD), Huntington's disease (HD), Alzheimer's disease and cystic fibrosis (CF). In addition to mutated genes that are too genetic Lead illnesses, certain birth defects are the result of chromosomal anomalies, such as trisomy 21 (Down syndrome), trisomy 13 (Patau syndrome), trisomy 18 (Edward syndrome), X monosomy (Turner syndrome) and other sex chromosome aneuploidies, such as Klinefelter syndrome (XXY). There is also increasing evidence that That particular DNA sequences may be an individual for any one Predispose disease from a range of disorders, such as diabetes, Atherosclerosis, obesity, various autoimmune diseases and cancer (eg, colorectal, breast, uterine, lung cancers).

Viren, Bakterien, Pilze und andere infektiöse Organismen enthalten eigene Nukleinsäuresequenzen, die sich von den in der Wirtszelle enthaltenen Sequenzen unterscheiden. Daher können infektiöse Organismen auch auf Grundlage ihrer spezifischen DNA-Sequenzen nachgewiesen und identifiziert werden.viruses, Bacteria, fungi and other infectious organisms contain their own Nucleic acid sequences which differ from the sequences contained in the host cell. Therefore, you can infectious Organisms also detected on the basis of their specific DNA sequences and be identified.

Da die Sequenz von etwa 16 Nukleotiden aus statistischen Gründen selbst für die Größe des menschlichen Genoms spezifisch ist, können relativ kurze Nukleinsäuresequenzen verwendet werden, um normale und defekte Gene in höheren Organismen nachzuweisen und um infektiöse Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Pilze, Protisten und Hefe) und Viren nachzuweisen. DNA-Sequenzen können sogar als Fingerabdruck zum Nachweis verschiedener Individuen innerhalb der gleichen Spezies dienen (siehe Thompson, J. S., und M. W. Thompson, Hrsg., Genetics in Medicine, W. B. Saunders Co., Philadelphia, PA (1991)).There the sequence of about 16 nucleotides for statistical reasons itself for the Size of the human Genome is specific relatively short nucleic acid sequences used to detect normal and defective genes in higher organisms to prove and infectious Microorganisms (eg bacteria, fungi, protists and yeast) and Detect viruses. DNA sequences can even be used as a fingerprint to detect different individuals within the same species (see Thompson, J.S., and M.W. Thompson, eds., Genetics in Medicine, W.B. Saunders Co., Philadelphia, PA (1991)).

Mehrere Verfahren zum Nachweis von DNA werden derzeit angewendet. Beispielsweise können Nukleinsäuresequenzen durch einen Vergleich der Beweglichkeit eines amplifizierten Nukleinsäurefragments mit einem bekannten Standard durch Gelelektrophorese oder durch Hybridisierung mit einer Sonde, die zu der Sequenz, die identifiziert werden soll, komplementär ist, identifiziert werden. Die Identifizierung kann jedoch nur erfolgen, wenn das Nukleinsäurefragment mit einer sensitiven Reporterfunktion markiert ist (z. B. radioaktiv (32P, 35S), fluoreszent oder chemilumineszent). Radioaktive Markierungen können gefährlich sein, und die Signale, welche sie erzeugen, klingen mit der Zeit ab. Nicht-isotopische Markierungen (z. B. fluoreszente) leiden an mangelnder Sensitivität und Verblassen des Signals, wenn Hochintensitätslaser verwendet werden. Außerdem sind die Durchführung der Markierung, Elektrophorese und des anschließenden Nachweises arbeitsaufwändige, zeitintensive und fehleranfällige Vorgänge. Die Elektrophorese ist besonders fehleranfällig, da die Größe oder das Molekulargewicht der Nukleinsäure nicht direkt mit der Beweglichkeit in der Gelmatrix korreliert werden können. Es ist bekannt, dass Sequenz-spezifische Effekte, Sekundärstruktur und Wechselwirkungen mit der Gelmatrix Artefakte verursachen.Several methods of detecting DNA are currently in use. For example, nucleic acid sequences can be identified by comparing the motility of an amplified nucleic acid fragment with a known standard by gel electrophoresis or by hybridization with a probe that is complementary to the sequence to be identified. However, identification can only take place if the nucleic acid fragment is labeled with a sensitive reporter function (eg radioactive ( 32 P, 35 S), fluorescent or chemiluminescent). Radioactive markers can be dangerous and the signals they produce will fade over time. Non-isotopic labels (eg, fluorescent) suffer from lack of sensitivity and fading of the signal when using high intensity lasers. In addition, the performance of labeling, electrophoresis and subsequent detection are laborious, time consuming and error prone processes. Electrophoresis is particularly prone to error as the size or molecular weight of the nucleic acid can not be correlated directly with motility in the gel matrix. It is known that sequence-specific effects, secondary structure and interactions with the gel matrix cause artifacts.

Verwendung von Massenspektrometrie zum Nachweis und zur Identifizierung von NukleinsäurenUse of mass spectrometry for the detection and identification of nucleic acids

Die Massenspektrometrie stellt ein Mittel zum "Wiegen" einzelner Moleküle bereit, indem die Moleküle im Vakuum ionisiert werden und durch Verdampfen "fliegen" gelassen werden. Unter dem Einfluss von Kombinationen elektrischer und magnetischer Felder folgen die Ionen in Abhängigkeit ihrer individuellen Masse (m) und Ladung (z) Flugbahnen. Im Bereich von Molekülen mit niedrigem Molekulargewicht ist die Massenspektrometrie seit langem Teil des physikalischorganischen Standardrepertoires zur Analyse und Charakterisierung organischer Moleküle durch Bestimmung der Masse des Ausgangsmolekülions. Zusätzlich wird das Molekülion fragmentiert, indem Zusammenstöße dieses Ausgangsmolekülions mit anderen Teilchen (z. B. Argon-Atomen) verursacht werden, sodass durch die so genannte Stoß-induzierte Dissoziation (collision induced dissociation (CID) Sekundärionen gebildet werden. Das Fragmentierungsmuster/der Fragmentierungsweg erlaubt sehr häufig die Gewinnung ausführlicher Strukturinformationen. Im Fachbereich sind zahlreiche Anwendungen massenspektrometrischer Verfahren bekannt, insbesondere in den Biowissenschaften (siehe z. B. Methods in Enzymol. Bd. 193: "Mass Spectrometry" (J. A. McCloskey, Herausgb.), 1990, Academic Press, New York).Mass spectrometry provides a means of "weighing" individual molecules by ionizing the molecules in vacuo and allowing them to "fly" by evaporation. Under the influence of combinations of electric and magnetic fields, the ions follow trajectories depending on their individual mass (m) and charge (z). In the field of low molecular weight molecules, the mass spectra has long been part of the physico-organic standard repertoire for the analysis and characterization of organic molecules by determining the mass of the parent molecule. In addition, the molecular ion is fragmented by causing collisions of this parent molecule with other particles (eg, argon atoms), so that secondary ions are formed by so-called collision induced dissociation (CID), the fragmentation pattern In the art, numerous applications of mass spectrometric methods are known, particularly in the life sciences (see, eg, Methods in Enzymol., Vol. 193: "Mass Spectrometry" (JA McCloskey, Ed.), 1990, Academic Press, New York).

Aufgrund der offensichtlichen analytischen Vorteile der Massenspektrometrie bei der Bereitstellung hoher Nachweisempfindlichkeit, Genauigkeit der Massenmessungen, detaillierter Strukturinformation durch CID in Verbindung mit einer MS/MS-Konfiguration und Schnelligkeit sowie online-Datenübertragung an einen Computer bestand Interesse an der Verwendung von Massenspektrometrie zur Strukturanalyse von Nukleinsäuren. Aktuelle Übersichten, in denen dieses Gebiet zusammengefasst wird, sind u. a. K. H. Schram "Mass Spectrometry of Nucleic Acid Components, Biomedical Applications of Mass Spectrometry" 34, 203–287(1990); und P. F. Cram "Mass Spectrometric Techniques in Nucleic Acid Research", Mass Spectrometry Reviews 9, 505–554 (1990); siehe auch US-Patent Nr. 5,547,835 und US-Patent Nr. 5,622,824 ).Because of the obvious analytical advantages of mass spectrometry in providing high detection sensitivity, mass measurement accuracy, detailed structural information through CID coupled with MS / MS configuration and speed, and online data transmission to a computer, there has been interest in the use of mass spectrometry for structural analysis of nucleic acids , Recent reviews summarizing this area include KH Schram "Mass Spectrometry of Nucleic Acid Components, Biomedical Applications of Mass Spectrometry" 34, 203-287 (1990); and PF Cram "Mass Spectrometric Techniques in Nucleic Acid Research", Mass Spectrometry Reviews 9, 505-554 (1990); see also U.S. Patent No. 5,547,835 and U.S. Patent No. 5,622,824 ).

Nukleinsäuren sind jedoch hoch polare Biopolymere, die sich sehr schwer verdampfen lassen. Folglich war der massenspektrometrische Nachweis auf niedermolekulargewichtige synthetische Oligonukleotide beschränkt, um eine bereits bekannte Oligonukleotidsequenz durch Bestimmung der Masse des Ausgangsmolekülions zu bestimmen oder alternativ um eine bekannte Sequenz durch Herstellung von Sekundärionen (Fragment-Ionen) über CID in einer MS/MS-Konfiguration zu bestätigen, wobei insbesondere zur Ionisierung und Verdampfung das Verfahren des schnellen Atombeschusses (FAB-Massenspektrometrie) oder der Plasmadesorption (PD-Massenspektrometrie) eingesetzt wurde. Beispielsweise wurde die Anwendung von FAB auf die Analyse geschützter dimerer Blöcke für die chemische Synthese von Oligodesoxynukleotiden beschrieben (Köster et al. (1987) Biomed. Environ. Mass Spectrometry 14, 111–116).Nucleic acids are however, highly polar biopolymers, which are very difficult to vaporize to let. Consequently, mass spectrometric detection was on low molecular weight synthetic oligonucleotides limited to an already known Oligonukleotidsequenz by determining the mass of Ausgangsmolekülions to or alternatively a known sequence by preparation of secondary ions (fragment ions) via CID in an MS / MS configuration to confirm, in particular for ionization and evaporation, the process of fast atom bombardment (FAB mass spectrometry) or the Plasma desorption (PD-mass spectrometry) was used. For example the application of FAB to the analysis of protected dimers blocks for the chemical synthesis of oligodeoxynucleotides described (Köster et al. (1987) Biomed. Environ. Mass Spectrometry 14, 111-116).

Andere Ion isations-/Desorptionstechniken sind u. a. Elektronenspray-/Ionenspray(ES)- und Matrix-unterstützte Laserdesorptions-Ionisationsverfahren (MAIDI). ES-Massenspektrometrie wurde von Fenn et al. eingeführt (J. Phys. Chem. 88:4451–59 (1984); PCT-Anmeldung Nr. WO 90/14148 ) und heutige Anwendungen sind in Übersichtsartikeln zusammengefasst (siehe z. B. Smith et al. (1990), Anal. Chem. 62:882–89; und Ardrey (1992) Electrospray Mass Spectrometry, Spectroscopy Europe 4:10–18). Die Molekulargewichte eines Tetradekanukleotids (siehe Covey et al. (1988) "The Determination of Protein, Oligonukleotide and Peptide Molecular Weights by Ionspray Mass Spectrometry", Rapid Commun. in Mass Spectrometry 2:249–256) und eines 21-mers (Methods in Enzymol., 193, "Mass Spectrometry" (McCloskey, Herausgb.), S. 425, 1990, Academic Press, New York) sind veröffentlicht worden. Als Massenanalysegerät meist ein Quadrupol eingesetzt. Aufgrund des Vorliegens von Mehrfach-Ionenpeaks, die alle zur Massenberechnung verwendet werden könnten, ist die Bestimmung von Molekulargewichten bei femtomolaren Mengen einer Probe sehr exakt.Other ionization / desorption techniques include electron spray / ion spray (ES) and matrix assisted laser desorption ionization (MAIDI) techniques. ES mass spectrometry was reported by Fenn et al. (J. Phys. Chem. 88: 4451-59 (1984); PCT application no. WO 90/14148 and current applications are summarized in reviews (see, for example, Smith et al., (1990) Anal. Chem. 62: 882-89; and Ardrey (1992) Electrospray Mass Spectrometry, Spectroscopy Europe 4: 10-18). The molecular weights of a tetradecanucleotide (see Covey et al., 1988, The Determination of Protein, Oligonucleotides and Peptides Molecular Weights by Ion Spray Mass Spectrometry, Rapid Commun., Mass Spectrometry 2: 249-256) and a 21-mer (Methods in Enzymol., 193, "Mass Spectrometry" (McCloskey, Ed.), P. 425, 1990, Academic Press, New York) have been published. As a mass analyzer usually a quadrupole used. Due to the presence of multiple ion peaks, all of which could be used for mass calculation, the determination of molecular weights at femtomolar amounts of a sample is very accurate.

Die MALDI-Massenspektrometrie kann dagegen attraktiv sein, wenn eine Flugzeit(time-of-flight-, TOF-) Konfiguration als Massenanalysegerät verwendet wird (siehe Hillenkamp et al. (1990), S. 49–60 in "Matrix Assisted UV-Laser Desorption/Ionization: A New Approach to Mass Spectrometry of Large Biomolecules", Biological Mass Spectrometry, Burlingame und McCloskey, Herausgb., Elsevier Science Publishers, Amsterdam). Da in den meisten Fällen mit dieser Technik keine Mehrfach-Molekülionenpeaks erzeugt werden, sehen die Massenspektren im Vergleich zu der ES-Massenspektrometrie prinzipiell einfacher aus.The MALDI mass spectrometry, on the other hand, can be attractive if one Flight time (time-of-flight, TOF) configuration used as mass analyzer (See Hillenkamp et al. (1990), pp. 49-60 in "Matrix Assisted UV Laser Desorption / Ionization:" A New Approach to Mass Spectrometry of Large Biomolecules, Biological Mass Spectrometry, Burlingame and McCloskey, Ed., Elsevier Science Publishers, Amsterdam). Because in most cases with this technique no Multiple molecular ion peaks are generated, see the mass spectra compared to the ES mass spectrometry basically easier.

Obwohl DNA-Moleküle bis zu einem Molekulargewicht von 410.000 Dalton desorbiert und verdampft wurden (Williams et al. "Volatilization of High Molecular Weight DNA by Pulsed Laser Ablation of Frozen Aqueous Solutions", Science 246, 1585–87 (1989)), zeigte diese Technik nur eine sehr geringe Auflösung (Oligothymidylsäuren bis zu 18 Nukleotiden Länge, Huth-Fehre et al., Rapid Commun. in Mass Spectrom. 6, 209–13 (1992); DNA-Fragmente bis zu einer Länge von 500 Nukleotiden, K. Tang et al. (1994), Rapid Commun. in Mass Spectrom. 8, 727–730 ; und eine doppelsträngige DNA aus 28 Basenpaaren (Williams et al (1990). "Time-of-Flight Mass Spectrometry of Nucleic Acids by Laser Ablation and Ionization from a Frozen Aqueous Matrix", Rapid Commun. in Mass Spectrom. 4, 348–351). Das Japanische Patent Nr. 59-131909 beschreibt ein Instrument, mit dem Nukleinsäurefragmente nachgewiesen werden, die entweder durch Elektrophorese, Flüssigchromatographie oder Hochgeschwindigkeits-Gelfiltration aufgetrennt wurden. Der massenspektrometrische Nachweis wird durch den Einbau von Atomen, die normalerweise in DNA nicht vorkommen, wie etwa S, Br, I oder Ag, Au Pt, Os, Hg, in die Nukleinsäuren erzielt.Although DNA molecules were desorbed and vaporized to a molecular weight of 410,000 daltons (Williams et al., Volatilization of High Molecular Weight DNA by Pulsed Laser Ablation of Frozen Aqueous Solutions, Science 246, 1585-87 (1989)) Technique only a very low resolution (oligothymidylic acids up to 18 nucleotides in length, Huth-Fehre et al., Rapid Commun in Mass Spectrom., 6, 209-13 (1992); DNA fragments up to a length of 500 nucleotides, K. Tang et al., (1994), Rapid Commun., Mass Spectrom., 8, 727-730; and a 28 base pair double-stranded DNA (Williams et al., 1990). Time-of-Flight Mass Spectrometry of Nucleic Acids by Laser Ablation and Ionization from a Frozen Aqueous Matrix ", Rapid Commun., Mass Spectrom., 4, 348-351). 59-131909 describes an instrument that detects nucleic acid fragments that have been separated by either electrophoresis, liquid chromatography, or high speed gel filtration. Mass spectrometric detection is achieved by the incorporation of atoms not normally found in DNA, such as S, Br, I or Ag, Au Pt, Os, Hg, into the nucleic acids.

Das US-Patent Nr. 5,622,824 derselben Inhaberin beschreibt Verfahren zur DNA-Sequenzierung auf Grundlage von massenspektrometrischem Nachweis. Um dies zu erreichen, wird die DNA mittels Schützen, Spezifität der Enzymaktivität oder Immobilisierung schrittweise in einer Richtung durch Exonuklease-Verdau abgebaut, und die Nukleotide oder Derivate werden durch Massenspektrometrie nachgewiesen. Vor dem enzymatischen Abbau können Sätze von geordneten Deletionen, die ein kloniertes DNA-Fragment überspannen, erzeugt werden. Auf diese Weise können massenmodifizierte Nukleotide unter Verwendung einer Kombination aus Exonuklease und DNA-/RNA-Polymerase eingebaut werden. Dies erlaubt entweder den massenspektrometrischen Multiplex-Nachweis oder die Modulation der Exonukleaseaktivität, um so den Abbauprozess zu synchronisieren.The U.S. Patent No. 5,622,824 The same assignee describes methods for DNA sequencing based on mass spectrometric detection. To achieve this, the DNA is progressively degraded in one direction by exonuclease digestion by means of protection, specificity of enzyme activity or immobilization, and the nucleotides or derivatives are detected by mass spectrometry. Prior to enzymatic degradation, sets of ordered deletions spanning a cloned DNA fragment can be generated. In this way, mass-modified nucleotides can be incorporated using a combination of exonuclease and DNA / RNA polymerase. This allows either mass spectrometric multiplex detection or modulation of exonuclease activity to synchronize the degradation process.

Die US-Patente Nr. 5,605,798 und 5,547,835 derselben Inhaberin stellen Verfahren zum Nachweis einer bestimmten Nukleinsäuresequenz in einer biologischen Probe bereit. Abhängig von der nachzuweisenden Sequenz können die Verfahren beispielsweise in Diagnoseverfahren eingesetzt werden. Diese Verfahren, die weithin nützlich und auf zahlreiche Ausführungsformen anwendbar sind, stellen die erste Offenbarung solcher Anwendungen dar und können verbessert werden.The U.S. Patent Nos. 5,605,798 and 5,547,835 The same assignee provides methods for detecting a particular nucleic acid sequence in a biological sample. Depending on the sequence to be detected, the methods can be used, for example, in diagnostic methods. These methods, which are widely useful and applicable to numerous embodiments, are the first disclosure of such applications and can be improved.

WO 96/29431 offenbart schnelle und sehr genaue Massenspektrometrie-basierte Verfahren zum Nachweis einer bestimmten Nukleinsäuresequenz in einer biologischen Probe. Abhängig von der nachzuweisenden Sequenz können die Verfahren des Patents beispielsweise eingesetzt werden, um eine genetische Erkrankung oder chromosomale Anomalie; eine Prädisposition für eine Erkrankung oder einen Zustand, eine Infektion durch einen pathogenen Organismus zu diagnostizieren, oder um die Identität oder Vererbung zu bestimmen. WO 96/29431 discloses rapid and highly accurate mass spectrometry-based methods for detecting a particular nucleic acid sequence in a biological sample. For example, depending on the sequence to be detected, the methods of the patent can be used to detect a genetic disease or chromosomal abnormality; a predisposition to a disease or condition to diagnose infection by a pathogenic organism, or to determine identity or heredity.

WO 94/16101 offenbart ein Verfahren zur Sequenzierung von DNA unter Verwendung der Sanger-Sequenzierung und die Assemblierung der Sequenzinformation durch Analyse der verschachtelten Fragmente, die durch Basen-spezifische Kettenbeendigung erhalten werden, über ihre unterschiedlichen Molekülmassen unter Verwendung von Massenspektrometrie. WO 94/16101 discloses a method of sequencing DNA using Sanger sequencing and assembling the sequence information by analyzing the nested fragments obtained by base-specific chain termination over their different molecular masses using mass spectrometry.

WO 96/32504 offenbart ein Verfahren zum Nachweis und zur Sequenzierung von Ziel-Nukleinsäuresequenzen. Das Verfahren beinhaltet die Hybridisierung von Nukleinsäuren, die komplementär eine homologe Sequenz zu einem Ziel einer Anordnung von Nukleinsäuresonden darstellen. Die Molekulargewichte der hybridisierten Nukleinsäuren können durch Massenspektrometrie ermittelt werden und die Sequenz kann aus dem Molekulargewicht bestimmt werden. WO 96/32504 discloses a method for detecting and sequencing target nucleic acid sequences. The method involves hybridizing nucleic acids complementary to a homologous sequence to a target of an array of nucleic acid probes. The molecular weights of the hybridized nucleic acids can be determined by mass spectrometry and the sequence can be determined from the molecular weight.

WO 97/42348 offenbart Verfahren und Kits zur gleichzeitigen Amplifizierung und Sequenzierung von Nukleinsäuremolekülen und die Durchführung von Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierung. WO 97/42348 discloses methods and kits for the simultaneous amplification and sequencing of nucleic acid molecules and the performance of high throughput DNA sequencing.

Daher ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung verbesserter Verfahren zur Sequenzierung und zum Nachweis von DNA-Molekülen in biologischen Proben. Es ist außerdem ein Ziel, verbesserte Verfahren zur Diagnose von genetischen Erkrankungen, Prädispositionen für bestimmte Erkrankungen, Krebsarten und Infektionen bereitzustellen.Therefore the object of the present invention is to provide improved Method for sequencing and detecting DNA molecules in biological Rehearse. It is also a goal, improved methods for the diagnosis of genetic diseases, predispositions for certain Diseases, cancers and infections.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Nukleinsäure an einem festen Träger entweder direkt oder über einen Linker und/oder eine Perle immobilisiert.In certain embodiments In the present invention, the nucleic acid is either on a solid support directly or via immobilized a linker and / or a bead.

In bestimmten Ausführungsformen wird die DNA an dem Träger über einen selektiv spaltbaren Linker immobilisiert. Selektiv spaltbare Linker beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf photospaltbare Linker, chemisch spaltbare Linker und enzymatisch spaltbare Linker (wie etwa eine Restriktionsstelle (Nukleinsäurelinker), eine Proteasestelle). Durch den Einbau eines selektiv spaltbaren Linkers werden die Möglichkeiten der MALDI-TOF MS-Analyse erweitert, da er für alle Ausgestaltungen der Immobilisierung von DNA für die MALDI-TOF-MS die DNA-Verknüpfung an den Träger über das 3'- oder 5'-Ende einer Nukleinsäure ermöglicht.In certain embodiments the DNA on the carrier is transferred via a selectively cleavable linker immobilized. Selectively cleavable linker include but are not limited to photocleavable linkers, chemically cleavable linkers and enzymatically cleavable linkers (such as for example a restriction site (nucleic acid linker), a protease site). By incorporating a selectively cleavable linker the possibilities become The MALDI-TOF MS analysis has been extended as it applies to all designs of the Immobilization of DNA for the MALDI-TOF-MS the DNA linkage to the carrier over the 3'- or 5'-end of a nucleic acid allows.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der selektiv spaltbare Linker ein chemisch spaltbarer oder photospaltbarer Linker, der während des Ionisierungsschrittes der Massenspektrometrie gespalten wird. Beispiele für Linker sind u. a. Linker, die eine Disulfidgruppe, eine Leuvinylgruppe, eine säurelabile Tritylgruppe und eine hydrophobe Tritylgruppe enthalten. In anderen Ausführungsformen kann der enzymatisch spaltbare Linker eine Nukleinsäure sein, die ein RNA-Nukleotid ist oder eine Restriktionsendonukeasestelle codiert. Andere enzymatisch spaltbare Linker sind u. a. Linker, die eine Pyrophosphat-Gruppe, eine Arginin-Arginin-Gruppe und eine Lysin-Lysin-Gruppe enthalten. Andere Linker sind hier beispielhaft erwähnt.In a preferred embodiment, the selectively cleavable linker is a chemically cleavable or photocleavable linker which is cleaved during the ionization step of mass spectrometry. Examples of linkers include linkers containing a disulfide group, a leucinyl group, an acid labile trityl group, and a hydrophobic trityl group. In other embodiments, the enzymatically cleavable linker may be a nucleic acid that is an RNA nucleotide or encodes a restriction endonuclease site. Other enzymatically cleavable linkers include linkers containing a pyrophosphate group, an arginine-arginine group contain pe and a lysine-lysine group. Other linkers are mentioned here by way of example.

Verfahren zum Ordnen von DNA-Fragmenten werden bereitgestellt Um dieses Ordnen durchzuführen, werden mit bestimmten Basen terminierte Fragmente von einer Ziel-Nukleinsäure erzeugt. Die Analyse von Fragmenten anstelle der Vollängen-Nukleinsäure verschiebt die zu bestimmende Masse der Ionen in einen Bereich niedrigerer Masse, der im Allgemeinen für den massenspektrometrischen Nachweis besser zugänglich ist. Beispielsweise wird durch die Verschiebung zu niedrigeren Massen die Massenauflösung, die Massengenauigkeit und insbesondere die Empfindlichkeit für den Nachweis verbessert. Hybridisierungsereignisse und die tatsächlichen Molekulargewichte der Fragmente, gemäß Bestimmung durch Massenspektrometrie, liefern Sequenzinformationen (z. B. das Vorliegen und/oder die Identität einer Mutation). In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Fragmente vor der Hybridisierung und/oder dem massenspektrometrischen Nachweis an einem festen Träger festgehalten. Die erzeugten Fragmente werden geordnet, um die Sequenz der größeren Nukleinsäure bereitzustellen.method to arrange DNA fragments are provided to this order to be carried out generated with certain bases-terminated fragments of a target nucleic acid. The analysis of fragments instead of the full-length nucleic acid shifts the mass of ions to be determined in a range lower Measures that generally for the mass spectrometric detection is more accessible. For example Due to the shift to lower masses, the mass resolution, the Mass accuracy and in particular the sensitivity for detection improved. Hybridization events and the actual Molecular weights of the fragments, as determined by mass spectrometry, provide sequence information (eg, the presence and / or identity of a Mutation). In a preferred embodiment, the fragments become before hybridization and / or mass spectrometric detection on a solid support recorded. The generated fragments are ordered to the sequence to provide the larger nucleic acid.

Das Verfahren zur Herstellung basenspezifisch terminierter Fragmente einer Nukleinsäure wird durchgeführt, indem eine geeignete Menge einer Ziel-Nukleinsäure mit einer geeigneten Menge einer spezifischen Endonuklease zusammengebracht wird, was zu einem partiellen Verdau der Ziel-Nukleinsäure führt. Endonukleasen bauen typischerweise eine Sequenz zu Stücken mit nicht mehr als etwa 50–70 Nukleotiden ab, selbst dann, wenn die Umsetzung nicht bis zur Vollständigkeit durchgeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Nukleinsäure eine Ribonukleinsäure, und die Endonuklease ist eine Ribonuklease (RNase), die ausgewählt ist aus: der G-spezifischen RNase T1, der A-spezifischen RNase U2, der A/U-spezifischen RNase PhyM, der U/C-spezifischen RNase A, der C-spezifischen Hühnerleber-RNase (RNase CL3) oder Crisavitin. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Endonuklease ein Restriktionsenzym, das mindestens eine Stelle spaltet, die in der Ziel-Nukleinsäure enthalten ist. Durch den Einbau einer Markierung an dem 5'- und/oder 3'-Ende einer Zielnukleinsäure kann das Ordnen von Fragmenten erleichtert werden.The method for producing base-specific terminated fragments of a nucleic acid is performed by bringing an appropriate amount of a target nucleic acid into association with an appropriate amount of a specific endonuclease, resulting in partial digestion of the target nucleic acid. Endonucleases typically degrade a sequence to pieces of no more than about 50-70 nucleotides, even if the reaction is not done to completion. In a preferred embodiment, the nucleic acid is a ribonucleic acid, and the endonuclease is a ribonuclease (RNase) selected from: the G-specific RNase T 1 , the A-specific RNase U 2 , the A / U-specific RNase PhyM, U / C-specific RNase A, C-specific chicken liver RNase (RNase CL 3 ) or crisavitin. In another preferred embodiment, the endonuclease is a restriction enzyme that cleaves at least one site contained in the target nucleic acid. By incorporating a label at the 5 'and / or 3' end of a target nucleic acid, ordering of fragments can be facilitated.

Verfahren zur Bestimmung der Sequenz einer unbekannten Nukleinsäure, wobei das 5'- und/oder 3'-Ende der Ziel-Nukleinsäure eine Markierung enthalten kann, werden offenbart. Der Einbau einer nicht-natürlichen Markierung am 3'-Ende eignet sich auch zum Ausschluss oder zur Kompensierung des Einflusses von 3'-Heterogenität, vorzeitiger Terminierung und unspezifischer Verlängerung. Die Markierung kann eine Affinitätsmarkierung sein (z. B. Biotin oder eine Nukleinsäure, die an eine Einfangnukleinsäure hybridisiert). Die Affinitätsmarkierung erleichtert die Anbindung der Nukleinsäure an einen festen Träger. Alternativ ist die Markierung ein Massenmarker (d. h. ein Marker mit einer Masse, die nicht der Masse eines der vier Nukleotide entspricht). Die Markierung kann auch eine natürliche Markierung sein, wie etwa ein Poly-A-Schwanz oder die natürliche 3'-Heterogenität, die beispielsweise aus einer Transkriptionsreaktion herrühren kann.method for determining the sequence of an unknown nucleic acid, wherein the 5 'and / or 3' end of the target nucleic acid a May contain mark are disclosed. The installation of a non-natural Marking at the 3'-end is also suitable for the exclusion or compensation of the influence of 3'-heterogeneity, premature Termination and unspecific extension. The marker can an affinity tag (e.g., biotin or a nucleic acid that hybridizes to a capture nucleic acid). The affinity tag facilitates binding of the nucleic acid to a solid support. alternative the label is a mass marker (i.e., a marker with a Mass that does not correspond to the mass of one of the four nucleotides). The mark can also be a natural mark, such as such as a poly A tail or the natural 3 'heterogeneity, for example, from a Transcription reaction originate can.

Verfahren zur Sequenzanalyse werden offenbart, wobei Nukleinsäuren, die aus einem Nukleinsäuremolekül repliziert wurden, das aus einer biologischen Probe erhalten wurde, unter Verwendung einer oder mehrerer Nukleasen (Desoxyribonukleasen für DNA und Ribonukleasen für RNA) spezifisch verdaut werden. Die Fragmente werden auf einem festen Träger eingefangen, der die entsprechenden komplementären Sequenzen trägt. Die Hybridisierungsereignisse und die tatsächlichen Molekulargewichte der eingefangenen Zielsequenzen liefern Informationen über Mutationen im Gen. Die Anordnung kann Punkt für Punkt unter Verwendung von Massenspektrometrie analysiert werden. Ferner können die hergestellten Fragmente geordnet werden, um die Sequenz des größeren Zielfragments bereitzustellen.method for sequence analysis are disclosed wherein nucleic acids, the replicated from a nucleic acid molecule were obtained from a biological sample using one or more nucleases (deoxyribonucleases for DNA and Ribonucleases for RNA) are digested specifically. The fragments are on a solid carrier captured carrying the corresponding complementary sequences. The Hybridization events and actual molecular weights The captured target sequences provide information about mutations in the gene. The arrangement can be made point by point using Mass spectrometry are analyzed. Furthermore, the fragments produced ordered to provide the sequence of the larger target fragment.

In bevorzugten Ausführungsformen beinhaltet die Matrix 3-Hydroxypicolinsäure.In preferred embodiments includes the matrix 3-hydroxypicolinic acid.

Andere Merkmale und Vorteile der hier bereitgestellten Verfahren werden anhand der nachstehenden Figuren, der ausführlichen Beschreibung und der Ansprüche weiter erläutert.Other Features and advantages of the methods provided here are with reference to the following figures, the detailed description and the claims further explained.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

1A ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Durchführung der massenspektrometrischen Analyse an einer Ziel-Nachweisstelle (TDS) zeigt, die in einem Ziel-Nukleinsäuremolekül (T) enthalten ist, das aus einer biologischen Probe erhalten wurde. Eine spezifische Einfangsequenz (C) ist über einen Spacer (S) an einen festen Träger (SS) gebunden. Die Einfangsequenz ist so gewählt, dass sie spezifisch mit einer komplementären Sequenz im Ziel-Nukleinsäuremolekül (T) hybridisiert, die als die Zieleinfangstelle (TCS) bekannt ist. Der Spacer (S) erleichtert die ungehinderte Hybridisierung. Eine Nachweis-Nukleinsäuresequenz (D), die zu der TDS komplementär ist, wird dann mit der TDS in Kontakt gebracht. Die Hybridisierung zwischen D und TDS kann mittels Massenspektrometrie nachgewiesen werden. 1A Figure 15 is a diagram showing a method of performing mass spectrometric analysis on a target detection site (TDS) contained in a target nucleic acid molecule (T) obtained from a biological sample. A specific capture sequence (C) is attached to a solid support (SS) via a spacer (S). The capture sequence is chosen to specifically hybridize to a complementary sequence in the target nucleic acid molecule (T) known as the target capture site (TCS). The spacer (S) facilitates unhindered hybridization. A detection nucleic acid sequence (D) that is complementary to the TDS is then contacted with the TDS. Hybridization between D and TDS can be detected by mass spectrometry.

1B ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Durchführung einer massenspektrometrischen Analyse an mindestens einer Ziel-Nachweisstelle (hier TDS 1 und TDS 2) über direkte Verknüpfung an einen festen Träger zeigt. Die Zielsequenz (T), welche die Zielnachweisstelle (TDS 1 und TDS 2) enthält, ist an einem festen Träger über die Bildung einer reversiblen oder irreversiblen Bindung immobilisiert, die zwischen einer geeigneten Funktionalität (L') im Ziel-Nukleinsäuremolekül (T) und einer geeigneten Funktionalität (L) am festen Träger gebildet wird. Nachweis-Nukleinsäuresequenzen (hier D1 und D2), die komplementär zu einer Ziel-Nachweisstelle (TDS 1 oder TDS 2) sind, werden dann mit der TDS in Kontakt gebracht. Die Hybridisierung zwischen TDS 1 und D1 und/oder TDS 2 und D2 kann nachgewiesen und aufgrund von Molekulargewichtsunterschieden unterschieden werden. 1B Figure 3 is a diagram showing a method of performing mass spectrometric analysis on at least one target detection site (here TDS 1 and TDS 2) via direct linkage to a solid support. The target sequence (T) containing the target detection site (TDS 1 and TDS 2) is immobilized on a solid support via the formation of a reversible or irreversible bond between a suitable functionality (L ') in the target nucleic acid molecule (T) and an appropriate functionality (L) is formed on the solid support. Detection nucleic acid sequences (here D1 and D2) that are complementary to a target detection site (TDS 1 or TDS 2) are then contacted with the TDS. The hybridization between TDS 1 and D1 and / or TDS 2 and D2 can be detected and distinguished on the basis of molecular weight differences.

1C ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Nachweis einer Wildtyp- (DWT) und/oder einer Mutanten-(Dmut) Sequenz in einem Ziel-(T-)Nukleinsäuremolekül zeigt. Wie in 1A ist eine spezifische Einfangsequenz (C) über einen Spacer (S) an einen festen Träger (SS) gebunden. Außerdem wird die Einfangsequenz so gewählt, dass sie spezifisch mit einer komplementären Sequenz in der Zielsequenz (T), der Zieleinfangstelle (TCS) die durch Hybridisierung nachgewiesen werden soll, wechselwirkt. Wenn die Ziel-Nachweisstelle (TDS) eine Mutation, X, enthält, so können die Nachweisstellen durch Massenspektrometrie vom Wildtyp unterschieden werden. Vorzugsweise ist das Nachweis-Nukleinsäuremolekül (D) so konzipiert, dass sich die Mutation in der Mitte des Moleküls befindet und daher nicht zu einem stabilen Hybrid führen würde, wenn das Wildtyp-Nachweisoligonukleotid (DWT) mit der Zielnachweissequenz, z. B. als Kontrolle, in Kontakt gebracht wird. Die Mutation kann auch nachgewiesen werden, wenn das mutierte Nachweis-Oligonukleotid (Dmut) mit der passenden Base an der mutierten Position zur Hybridisierung verwendet wird. Wenn ein aus einer biologischen Probe erhaltenes Nukleinsäuremolekül für die bestimmte Sequenz heterozygot ist (d. h. DWT und Dmut enthält), so werden DWT und Dmut an den app und Dmut gebunden, sodass sie gleichzeitig nachgewiesen werden. 1C Figure 3 is a diagram showing a method for detecting a wild-type (D WT ) and / or a mutant (D mut ) sequence in a target (T) nucleic acid molecule. As in 1A For example, a specific capture sequence (C) is attached to a solid support (SS) via a spacer (S). In addition, the capture sequence is chosen to specifically interact with a complementary sequence in the target sequence (T), the target capture site (TCS) to be detected by hybridization. If the target detection site (TDS) contains a mutation, X, the detection sites can be distinguished by wild-type mass spectrometry. Preferably, the detection nucleic acid molecule (D) is designed so that the mutation is in the middle of the molecule and therefore would not result in a stable hybrid if the wild-type detection oligonucleotide (D WT ) with the target detection sequence, e.g. B. as a control, is brought into contact. The mutation can also be detected if the mutated detection oligonucleotide (D mut ) with the appropriate base at the mutated position is used for hybridization. When a biological sample obtained from a nucleic acid molecule is heterozygous for the particular sequence (ie D WT and mut D contains), then WT D and D mut bound to the app and D mut so that they are detected simultaneously.

2 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zeigt, bei dem mehrere Mutationen gleichzeitig in einer Zielsequenz nachgewiesen werden, wobei die Molekulargewichtsunterschiede zwischen den Nachweis-Oligonukleotiden D1, D2 und D3 groß genug sein müssen, damit der gleichzeitige Nachweis (Multiplexierung) möglich ist. Dies kann entweder durch die Sequenz selbst (Zusammensetzung oder Länge) oder durch Einfügen massenmodifizierender Funktionalitäten M1–M3 in das Nachweis-Oligonukleotid erreicht werden. 2 Figure 4 is a diagram showing a method in which multiple mutations are detected simultaneously in a target sequence, wherein the molecular weight differences between the detection oligonucleotides D1, D2 and D3 must be large enough for simultaneous detection (multiplexing) to be possible. This can be achieved either by the sequence itself (composition or length) or by inserting mass-modifying functionalities M1-M3 into the detection oligonucleotide.

3 ist ein Diagramm, das ein anderes Multiplex-Nachweisformat zeigt. In dieser Ausführungsform wird die Unterscheidung durch Einsatz verschiedener spezifischer Einfangsequenzen erzielt, die positionsspezifisch auf einer flachen Oberfläche (z. B. einer "Chip-Anordnung") immobilisiert sind. Wenn unterschiedliche Zielsequenzen T1–Tn vorliegen, so Wechselwirken ihre Zieleinfangsequenzen TCS1–TCSn mit komplementären immobilisierten Einfangsequenzen C1–Cn. Der Nachweis wird durch Einsatz geeigneter Nachweis-Oligonukleotide D1–Dn mit unterschiedlicher Masse erzielt, deren Masse entweder durch ihre Sequenzen oder durch massenmodifizierende Funktionalitäten M1–Mn unterscheidbar ist. 3 Fig. 12 is a diagram showing another multiplex detection format. In this embodiment, discrimination is achieved by employing various specific capture sequences that are positionally immobilized on a flat surface (eg, a "chip array"). If there are different target sequences T1-Tn, their target capture sequences TCS1-TCSn interact with complementary immobilized capture sequences C1-Cn. The detection is achieved by using suitable detection oligonucleotides D1-Dn with different mass, the mass of which is distinguishable either by their sequences or by mass-modifying functionalities M1-Mn.

4 ist ein Diagramm, das ein Format zeigt, in dem eine vorkonzipierte Zieleinfangsequenz (TCS) unter Verwendung von Nukleinsäure-(d. h. PCR-)-Amplifikation in die Zielsequenz eingeführt worden ist. Nur ein Strang wird eingefangen, der andere wird entfernt (z. B. auf Grundlage der Wechselwirkung zwischen Biotin und Streptavidin-beschichteten Magnetperlen). Wenn das Biotin an Primer 1 gebunden ist, so kann der andere Strang geeigneterweise durch eine TCS markiert werden. Der Nachweis erfolgt, wie oben beschrieben, durch die Wechselwirkung eines spezifischen Nachweis-Oligonukleotids D mit der entsprechenden Ziel-Nachweisstelle TDS mittels Massenspektrometrie. 4 Figure 4 is a diagram showing a format in which a preconceived target capture sequence (TCS) has been introduced into the target sequence using nucleic acid (ie PCR) amplification. Only one strand is captured, the other is removed (eg, based on the interaction between biotin and streptavidin-coated magnetic beads). When the biotin is bound to primer 1, the other strand can be suitably labeled by a TCS. The detection is carried out, as described above, by the interaction of a specific detection oligonucleotide D with the corresponding target detection site TDS by means of mass spectrometry.

5 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Amplifikations-(hier Ligasekettenreaktions-(LCR-))Produkte hergestellt und durch Massenspektrometrie nachgewiesen werden können. Die Massenunterscheidung kann durch die massenmodifizierenden Funktionalitäten (M1 und M2) erreicht werden, die an die Primer (P1 bzw. P4) gebunden sind. Der Nachweis durch Massenspektrometrie kann direkt (d. h. ohne Einsatz von Immobilisierung und Zieleinfangstellen (TCS)) erreicht werden. Mehrfache LCR-Reaktionen können parallel durchgeführt werden, indem eine geordnete Anordnung von Einfangsequenzen (C) bereitgestellt wird. Dieses Format ermöglicht die Trennung der Ligationsprodukte und die Punkt-für-Punkt-Identifizierung über Massenspektrometrie oder die Multiplexierung, wenn die Massenunterscheidung ausreichend ist. 5 Figure 3 is a diagram showing how the amplification (here ligase chain reaction (LCR)) products can be prepared and detected by mass spectrometry. The mass discrimination can be achieved by the mass-modifying functionalities (M1 and M2) bound to the primers (P1 and P4, respectively). The detection by mass spectrometry can be achieved directly (ie without the use of immobilization and target capture sites (TCS)). Multiple LCR reactions can be performed in parallel by providing an ordered array of capture sequences (C). This format allows separation of the ligation products and point-by-point identification via mass spectrometry or multiplexing if the mass discrimination is sufficient.

6A ist ein Diagramm, das die massenspektrometrische Analyse eines Nukleinsäuremoleküls zeigt, das durch einen Transkriptionsamplifikationsvorgang amplifiziert worden ist. Eine RNA-Sequenz wird über ihre TCS-Sequenz eingefangen, so dass die Wildtyp- und Mutanten-Ziel-Nachweisstellen wie oben durch Einsatz geeigneter Nachweis-Oligonukleotide (D) nachgewiesen werden können. 6A Figure 13 is a diagram showing mass spectrometric analysis of a nucleic acid molecule that has been amplified by a transcription amplification process. An RNA sequence is captured via its TCS sequence so that the wild-type and mutant target detection sites can be detected as above using appropriate detection oligonucleotides (D).

6B ist ein Diagramm, das die Multiplexierung zum Nachweis von zwei verschiedenen (mutierten) Stellen in der gleichen RNA auf gleichzeitige Weise unter Verwendung von massenmodifizierten Nachweis-Oligonukleotiden M1–D1 und M2–D2 zeigt. 6B Figure 3 is a diagram showing multiplexing for the detection of two different (mutated) sites in the same RNA in a concurrent manner using mass-modified detection oligonucleotides M1-D1 and M2-D2.

6C ist ein Diagramm eines anderen Multiplexierungsverfahrens zum Nachweis spezifischer Mutationen durch Einsatz massenmodifizierter Didesoxynukleosid- oder 3'-Desoxynukleosid-Triphosphate und einer RNA-abhängigen DNA-Polymerase. Alternativ können eine DNA-abhängige RNA-Polymerase und Ribonukleotidphosphate eingesetzt werden. Dieses Format ermöglicht den gleichzeitigen Nachweis aller vier Basenmöglichkeiten an der Stelle einer Mutation (X). 6C Figure 10 is a diagram of another multiplexing method for detecting specific mutations by employing mass-modified dideoxynucleoside or 3'-deoxynucleoside triphosphates and an RNA-dependent DNA polymerase. Alternatively, a DNA-dependent RNA polymerase and ribonucleotide phosphates can be used. This format allows the simultaneous detection of all four possible bases at the site of a mutation (X).

7A ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Durchführung einer massenspektrometrischen Analyse an einer Ziel-Nachweisstelle (TDS) zeigt, die in einem Ziel-Nukleinsäuremolekül (T) enthalten ist, das aus einer biologischen Probe erhalten wurde. Eine spezifische Einfangsequenz (C) ist über einen Spacer (S) an einen festen Träger (SS) gebunden. Die Einfangsequenz ist so gewählt, dass sie spezifisch mit einer komplementären Sequenz in T hybridisiert, die als die Zieleinfangsequenz (TCS) bekannt ist. Ein Nukleinsäuremolekül, das zu einem Abschnitt der TDS komplementär ist, wird 5' von der Stelle einer Mutation (X) innerhalb der TDS an die TDS hybridisiert. Die Zugabe eines vollständigen Satzes von Didesoxynukleosid- oder 3'-Desoxynukleosid-Triphosphaten (z. B. pppAdd pppTdd, pppCdd und pppGdd) und einer DNA-abhängigen DNA- oder RNA-Polymerase erlaubt die Zugabe nur des einen Didesoxynukleosid- oder 3'-Desoxynukleosid-Triphosphats, das komplementär zu X ist. 7A Figure 15 is a diagram showing a method of performing mass spectrometric analysis on a target detection site (TDS) contained in a target nucleic acid molecule (T) obtained from a biological sample. A specific capture sequence (C) is attached to a solid support (SS) via a spacer (S). The capture sequence is chosen to specifically hybridize to a complementary sequence in T known as the target capture sequence (TCS). A nucleic acid molecule that is complementary to a portion of the TDS is hybridized to the TDS 5 'from the site of a mutation (X) within the TDS. The addition of a full set of dideoxynucleoside or 3'-deoxynucleoside triphosphates (e.g., pppAdd pppTdd, pppCdd, and pppGdd) and a DNA-dependent DNA or RNA polymerase allows addition of only one dideoxynucleoside or 3 ' Deoxynucleoside triphosphate that is complementary to X.

7B ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Durchführung einer massenspektrometrischen Analyse zur Bestimmung des Vorliegens einer Mutation an einer möglichen Mutationsstelle (M) innerhalb eines Nukleinsäuremoleküls zeigt. Dieses Format ermöglicht die gleichzeitige Analyse der Allele (A) und (B) eines doppelsträngigen Ziel-Nukleinsäuremoleküls, so dass eine Diagnose von homozygot normal, homozygot mutiert oder heterozygot bereitgestellt werden kann. Allel A und Allel B werden jeweils mit komplementären Oligonukleotiden ((C) bzw. (L)) hybridisiert, die an A und B in einem Bereich hybridisieren, der M beinhaltet. Jede Heteroduplex wird dann mit einer Einzelstrang-spezifischen Endonuklease in Kontakt gebracht, so dass eine fehlende Übereinstimmung („Mismatch") bei M, die auf das Vorliegen einer Mutation hinweist, zur Spaltung von (C) und/oder (D) führt, was dann durch Massenspektrometrie nachgewiesen werden kann. 7B Figure 3 is a diagram showing a method for performing mass spectrometric analysis for determining the presence of a mutation at a potential mutation site (M) within a nucleic acid molecule. This format allows the simultaneous analysis of the alleles (A) and (B) of a target double-stranded nucleic acid molecule so that a diagnosis of homozygous normal, homozygous mutant or heterozygous can be provided. Allele A and allele B are each hybridized with complementary oligonucleotides ((C) and (L)) that hybridize to A and B in a region that includes M. Each heteroduplex is then contacted with a single strand-specific endonuclease so that a mismatch at M indicative of the presence of a mutation results in cleavage of (C) and / or (D), which can then be detected by mass spectrometry.

8 ist ein Diagramm, das zeigt, wie beide Stränge einer Ziel-DNA zum Nachweis unter Verwendung von Transkriptionsvektoren mit zwei verschiedenen Promotoren an entgegengesetzten Stellen (z. B. dem SP6- und dem T7-Promotor) präpariert werden können. Dieses Format eignet sich insbesondere zum Nachweis heterozygoter Ziel-Nachweisstellen (TDS). Durch Einsatz der SP6- oder der T7-RNA-Polymerase könnten beide Stränge separat oder gleichzeitig transkribiert werden. Die transkribierten RNA-Moleküle können spezifisch eingefangen und gleichzeitig unter Verwendung geeigneter Nachweis-Oligonukleotide mit unterscheidbarer Masse nachgewiesen werden. Dies kann entweder direkt in Lösung oder durch parallele Verarbeitung vieler Zielsequenzen an einer geordneten Anordnung spezifisch immobilisierter Einfangsequenzen erreicht werden. 8th Figure 3 is a diagram showing how both strands of target DNA can be prepared for detection using transcription vectors with two different promoters at opposite sites (e.g., the SP6 and T7 promoters). This format is particularly suitable for the detection of heterozygous target detection sites (TDS). By using SP6 or T7 RNA polymerase, both strands could be transcribed separately or simultaneously. The transcribed RNA molecules can be specifically captured and detected simultaneously using appropriate detectable oligonucleotides of distinguishable mass. This can be achieved either directly in solution or by parallel processing of many target sequences on an ordered array of specifically immobilized capture sequences.

9 ist ein Diagramm, das zeigt, wie RNA, die wie in den 6, 7 und 8 beschrieben hergestellt wurde, spezifisch unter Verwendung einer oder mehrerer Ribonukleasen verdaut werden kann und wie die Fragmente an einem festen Träger, der die entsprechenden komplementären Sequenzen trägt, eingefangen werden können. Hybridisierungsereignisse und die tatsächlichen Molekulargewichte der eingefangenen Zielsequenzen liefern Informationen darüber, ob und wo Mutationen im Gen vorliegen. Die Anordnung kann Punkt für Punkt unter Verwendung von Massenspektrometrie analysiert werden. DNA kann ebenso unter Verwendung eines Nukleasencocktails, der Restriktionsendonukleasen einhält, gespalten werden. Mutationen können durch unterschiedliche Molekulargewichte spezifischer einzelner Fragmente, im Vergleich zu den Molekulargewichten der Wildtypfragmente, nachgewiesen werden. 9 is a diagram that shows how RNA, as in the 6 . 7 and 8th specifically, can be digested using one or more ribonucleases and how the fragments can be captured on a solid support carrying the corresponding complementary sequences. Hybridization events and the actual molecular weights of the captured target sequences provide information on whether and where mutations in the gene are present. The array can be analyzed point by point using mass spectrometry. DNA can also be cleaved using a nuclease cocktail that complies with restriction endonucleases. Mutations can be detected by different molecular weights of specific single fragments compared to the molecular weights of the wild-type fragments.

10A zeigt UV-Spektren, die aus dem im nachstehenden Beispiel 1 beschriebenen Experiment resultieren. Feld i) zeigt die Absorption des 26-mers vor der Hybridisierung. Feld ii) zeigt das Filtrat der Zentrifugation nach Hybridisierung. Feld iii) zeigt die Ergebnisse nach dem ersten Waschen mit 50 mM Ammoniumcitrat. Feld iv) zeigt die Ergebnisse nach dem zweiten Waschen mit 50 mM Ammoniumcitrat. 10A shows UV spectra resulting from the experiment described in Example 1 below. Panel i) shows the absorbance of the 26-mer before hybridization. Panel ii) shows the filtrate of centrifugation after hybridization. Panel iii) shows the results after the first wash with 50 mM ammonium citrate. Panel iv) shows the results after the second wash with 50 mM ammonium citrate.

10B zeigt ein Massenspektrum, das aus dem im nachstehenden Beispiel 1 beschriebenen Experiment nach drei Wasch-/Zentrifugationsschritten resultiert. 10B shows a mass spectrum resulting from the experiment described in Example 1 below after three washing / centrifugation steps.

10C zeigt ein Massenspektrum, das aus dem im nachstehenden Beispiel 1 beschriebenen Experiment resultiert und die erfolgreiche Desorption des hybridisierten 26-mers von den Perlen gemäß dem schematisch in 1B dargestellten Format zeigt. 10C Figure 3 shows a mass spectrum resulting from the experiment described in Example 1 below and the successful desorption of the hybridized 26-mer from the beads according to the cal mentally in 1B shown format.

11 zeigt ein Massenspektrum, das aus dem im nachstehenden Beispiel 1 beschriebenen Experiment resultiert und zeigt, dass ein Experiment, wie schematisch in 1B dargestellt, die erfolgreiche Desorption des hybridisierten 40-mers beweist. Die Nachweiseffizienz deutet darauf hin, dass Fragmente, die viel länger als 40-mere sind, ebenfalls desorbiert werden können. 11 shows a mass spectrum resulting from the experiment described in Example 1 below and shows that an experiment as shown schematically in FIG 1B which demonstrates successful desorption of the hybridized 40-mer. The detection efficiency indicates that fragments much longer than 40-mers can also be desorbed.

12 zeigt ein Massenspektrum, das aus dem im nachstehenden Beispiel 2 beschriebenen Experiment resultiert und die erfolgreiche Desorption und Unterscheidung eines 18-mers und eines 19-mers durch Elektronenspray-Massenspektrometrie zeigt, das Gemisch (oben), vom 18-mer stammende Peaks hervorgehoben (Mitte) und vom 19-mer stammende Peaks hervorgehoben (unten). 12 Figure 4 shows a mass spectrum resulting from the experiment described in Example 2 below and showing successful desorption and discrimination of an 18-mer and a 19-mer by electron spray mass spectrometry, highlighting the mixture (top), peaks deriving from 18-mer (center ) and 19-m peak peaks (bottom).

13 ist eine graphische Darstellung des Verfahrens zum Nachweis der Cystische-Fibrose-Mutation ΔF508, wie in Beispiel 3 beschrieben. 13 Figure 3 is a graphical representation of the method for detecting cystic fibrosis mutation ΔF508 as described in Example 3.

14 ist ein Massenspektrum des DNA-Extensionsprodukts eines für ΔF508 homozygot Normalen gemäß Beispiel 3. 14 is a mass spectrum of the DNA extension product of a homozygous normal for ΔF508 according to Example 3.

15 ist ein Massenspektrum des DNA-Extensionsprodukts einer für ΔF508 heterozygoten Mutante gemäß Beispiel 3. 15 is a mass spectrum of the DNA extension product of a ΔF508 heterozygous mutant according to Example 3.

16 ist ein Massenspektrum des DNA-Extensionsprodukts eines für ΔF508 homozygot Normalen gemäß Beispiel 3. 16 is a mass spectrum of the DNA extension product of a homozygous normal for ΔF508 according to Example 3.

17 ist ein Massenspektrum des DNA-Extensionsprodukts einer für ΔF508 homozygoten Mutante gemäß Beispiel 3. 17 is a mass spectrum of the DNA extension product of a ΔF508 homozygous mutant according to Example 3.

18 ist ein Massenspektrum des DNA-Extensionsprodukts einer für ΔF508 heterozygoten Mutante gemäß Beispiel 3. 18 is a mass spectrum of the DNA extension product of a ΔF508 heterozygous mutant according to Example 3.

19 ist eine graphische Darstellung verschiedener Verfahren zur Durchführung von Apolipoprotein-E-Genotypisierung des Beispiels 4. 19 Figure 3 is a graphical representation of various methods for performing apolipoprotein E genotyping of Example 4.

20 zeigt die Nukleinsäuresequenz von normalem Apolipoprotein E (codiert durch das E3-Allel, 20B) und von anderen Isotypen, die von den E2- und E4-Allelen codiert werden (20A). 20 shows the nucleic acid sequence of normal apolipoprotein E (encoded by the E3 allele, 20B ) and other isotypes encoded by the E2 and E4 alleles ( 20A ).

21A zeigt ein zusammengesetztes Restriktionsmuster für verschiedene Genotypen von Apolipoprotein E unter Verwendung der Restriktionsendonuklease Cfol. 21A Figure 4 shows a composite restriction pattern for different genotypes of apolipoprotein E using the restriction endonuclease Cfol.

21B zeigt das in einem 3,5%-igen MetPhor Agarosegel erhaltene Restriktionsmuster für verschiedene Apolipoprotein-E-Genotypen. 21B shows the restriction pattern obtained in a 3.5% MetPhor agarose gel for various apolipoprotein E genotypes.

21C zeigt das in einem 12%-igen Polyacrylamidgel erhaltene Restriktionsmuster für verschiedene Apolipoprotein-E-Genotypen. 21C shows the restriction pattern obtained in a 12% polyacrylamide gel for various apolipoprotein E genotypes.

22A ist ein Diagramm, das die Molekulargewichte der Fragmente mit 91, 83, 72, 48 und 35 Basenpaaren zeigt, die durch Restriktionsenzym-Spaltung der Allele E2, E3 und E4 von Apolipoprotein E erhalten werden. 22A Figure 9 is a graph showing the molecular weights of the 91, 83, 72, 48 and 35 base pair fragments obtained by restriction enzyme cleavage of apolipoprotein E alleles E2, E3 and E4.

22B ist das Massenspektrum des Restriktionsprodukts eines homozygoten E4-Apolipoprotein-E-Genotyps. 22B is the mass spectrum of the restriction product of a homozygous E4 apolipoprotein E genotype.

23A ist das Massenspektrum des Restriktionsprodukts eines homozygoten E3-Apolipoprotein-E-Genotyps. 23A is the mass spectrum of the restriction product of a homozygous E3 apolipoprotein E genotype.

23B ist das Massenspektrum des Restriktionsprodukts eines E3/E4-Apolipoprotein-E-Genotyps. 23B is the mass spectrum of the restriction product of an E3 / E4 apolipoprotein E genotype.

24 ist ein Autoradiogramm gemäß Beispiel 5 eines 7,5%-igen Polyacrylamidgels, auf das 10% (5μl) jeder amplifizierten Probe aufgetragen wurden: Probe M: pBR322, Alul-gespalten; Probe 1: HBV-positiv in serologischer Analyse; Probe 2: ebenfalls HBV-positiv; Probe 3: ohne serologische Analyse, aber mit erhöhtem Transaminasen-Spiegel, was auf Lebererkrankung hindeutet; Probe 4: HBV-negativ, HCV enthaltend; Probe 5: HBV-positiv (–) negative Kontrolle; (+) positive Kontrolle. Die Anfärbung erfolgte mit Ethidiumbromid. 24 is an autoradiogram according to Example 5 of a 7.5% polyacrylamide gel on which 10% (5 μl) of each amplified sample was applied: Sample M: pBR322, Alul-digested; Sample 1: HBV positive in serological analysis; Sample 2: also HBV positive; Sample 3: without serological analysis, but with increased transaminase level, indicating liver disease; Sample 4: HBV negative, containing HCV; Sample 5: HBV positive (-) negative control; (+) positive control. Staining was with ethidium bromide.

25A ist ein Massenspektrum der Probe 1, die HBV-positiv ist. Das Signal bei 20754 Da stellt das HBV-bezogene Amplifikationsprodukt dar (67 Nukleotide, berechnete Masse: 20735 Da). Das Massensignal bei 10390 Da stellt das [M + 2H]2+ Molekülion dar (berechnet: 10378 Da). 25A is a mass spectrum of Sample 1 that is HBV positive. The signal at 20754 Da represents the HBV-related amplification product (67 nucleotides, calculated mass: 20735 Da). The mass signal at 10390 Da represents the [M + 2H] 2+ molecular ion (calculated as 10378 Da).

25B ist ein Massenspektrum von Probe 3, die gemäß dem Nukleinsäure-Test- (d. h. PCR), dem serologischen Test und dem Test auf Dot-Blot-Basis HBV-negativ ist. Das amplifizierte Produkt wird nur in Spuren erzeugt. Dennoch wird es zweifelsfrei bei 20751 Da nachgewiesen (berechnete Masse: 20735 Da). Das Massensignal bei 10397 Da stellt das [M + 2H]2 +-Molekülion dar (berechnet: 10376 Da). 25B is a mass spectrum of sample 3 which is HBV negative according to the nucleic acid assay (ie, PCR), serological, and dot blot-based assay. The amplified product is produced only in traces. Nevertheless, it is proven beyond doubt at 20751 Da (calculated mass: 20735 Da). The mass signal at 10397 Da represents the [M + 2H] 2 + molecule (calculated: 10376 Da).

25C ein Massenspektrum von Probe 4, die HBV-negativ, aber HCV-positiv ist. Es wurden keine HBV-spezifischen Signale beobachtet. 25C a mass spectrum of sample 4 which is HBV negative but HCV positive. No HBV-specific signals were observed.

26 zeigt einen Teil des E.-coli-lacI-Gens mit Bindungsstellen der komplementären Oligonukleotide, die in der Ligasekettenreaktion (LCR) von Beispiel 6 verwendet wurden. Hier ist die Wildtypsequenz dargestellt. Die Mutante enthält eine Punktmutation bei bp 191, was auch die Ligationsstelle ist (fett). Die Mutation ist eine C nach T-(bzw. G nach A-)Transition. Dies führt zu einem T-G-Mismatch mit Oligo B (bzw. einem A-C-Mismatch mit Oligo C). 26 Figure 12 shows a portion of the E. coli lacI gene with binding sites of the complementary oligonucleotides used in the ligase chain reaction (LCR) of Example 6. Here the wild-type sequence is shown. The mutant contains a point mutation at bp 191, which is also the ligation site (bold). The mutation is a C to T (or G to A) transition. This leads to a TG mismatch with oligo B (or an AC mismatch with oligo C).

27 ist ein mit Ethidiumbromid angefärbtes 7,15%-iges Polyacrylamidgel von Beispiel 6. M: Kettenlängenstandard (pUC19-DNA, MspI-verdaut). Bahn 1: LCR mit Wildtyp-Matrize. Bahn 2: LCR mit Mutanten-Matrize. Bahn 3: (Kontrolle) LCR ohne Matrize. Das Ligierungsprodukt (50 bp) wurde nur in der positiven Reaktion gebildet, welche die Wildtyp-Matrize enthielt. 27 is an ethidium bromide stained 7.15% polyacrylamide gel of Example 6. M: chain length standard (pUC19 DNA, MspI digested). Lane 1: LCR with wild type template. Lane 2: LCR with mutant template. Lane 3: (control) LCR without template. The ligation product (50 bp) was formed only in the positive reaction containing the wild type template.

28 ist ein HPLC-Chromatogramm von zwei vereinigten positiven LCRs. 28 is an HPLC chromatogram of two pooled positive LCRs.

29 zeigt ein HPLC-Chromatogramm unter denselben Bedingungen, wobei aber Mutanten-Matrize verwendet wurde. Das kleine Signal des Ligierungsprodukts ist entweder auf die matrizenfreie Ligation der Edukte oder auf eine Ligierung an einem (G-T, A-C)-Mismatch zurückzuführen. Das "falsch positive" Signal ist signifikant kleiner als das in 28 dargestellte Signal des Ligationsprodukts mit Wildtyp-Matrize. Die Analyse der Ligierungsedukte führt zu "Doppelpeaks", da zwei der Oligonukleotide 5'-phosphoryliert sind. 29 shows an HPLC chromatogram under the same conditions but using mutant template. The small signal of the ligation product is due either to the template-free ligation of the starting materials or to a ligation on a (GT, AC) -mismatch. The "false positive" signal is significantly smaller than that in 28 shown signal of the ligation product with wild-type template. Analysis of ligation leads to "double peaks" since two of the oligonucleotides are 5'-phosphorylated.

30: In (b) ist das durch MALDI-TOF-MS-Analyse der Pfu-DNA-Ligaselösung gemäß Beispiel 6 erhaltene komplexe Signalmuster abgebildet. In (a) ist ein MALDI-TOF-Spektrum einer ungereinigten LCR gezeigt. Das Massensignal 67569 Da stellt wahrscheinlich die Pfu-DNA-Ligase dar. 30 In (b) the complex signal pattern obtained by MALDI-TOF-MS analysis of the Pfu DNA ligase solution according to Example 6 is shown. In (a) a MALDI-TOF spectrum of an unpurified LCR is shown. The mass signal 67569 Da probably represents the Pfu DNA ligase.

31 zeigt ein MALDI-TOF-Spektrum von zwei vereinigten positiven LCRs (a). Das Signal bei 7523 Da stellt unligiertes Oligo A dar (berechnet: 7521 Da), wohingegen das Signal bei 15449 Da das Ligationsprodukt darstellt (berechnet: 15450 Da). Das Signal bei 3774 Da ist das [M + 2H]2+ Signal von Oligo A. Die Signale im Massenbereich unter 2000 Da sind auf die Matrix-Ionen zurückzuführen. Das Spektrum entspricht Bahn 1 in 27 und dem Chromatogramm in 28. In (b) ist ein Spektrum von zwei vereinigten negativen LCR (Mutanten-Matrize) gezeigt. Das Signal bei 7517 Da stellt Oligo A dar (berechnet: 7521 Da). 31 shows a MALDI-TOF spectrum of two pooled positive LCRs (a). The signal at 7523 Da represents unligated oligo A (calculated: 7521 Da), whereas the signal at 15449 Da represents the ligation product (calculated: 15450 Da). The signal at 3774 Da is the [M + 2H] 2+ signal of oligo A. The signals in the mass range below 2000 Da are due to the matrix ions. The spectrum corresponds to lane 1 in 27 and the chromatogram in 28 , In (b) a spectrum of two unified negative LCR (mutant template) is shown. The signal at 7517 Da represents Oligo A (calculated: 7521 Da).

32 zeigt ein Spektrum von zwei vereinigten Kontrollreaktionen (mit Lachssperma-DNA als Matrize). Die Signale im Massenbereich um 2000 Da sind auf Tween 20 zurückzuführen; wie erwartet konnte nur Oligo A nachgewiesen werden. 32 shows a spectrum of two combined control reactions (with salmon sperm DNA as template). The signals in the mass range around 2000 Da are due to Tween 20; As expected, only Oligo A could be detected.

33 zeigt ein Spektrum von zwei vereinigten positiven LCRs (a). Die Reinigung wurde mit einer Kombination von Ultrafiltration und Streptavidin-Dynabeads durchgeführt, wie im Text beschrieben. Das Signal bei 15448 Da stellt das Ligierungsprodukt dar (berechnet: 15450 Da). Das Signal bei 7527 stellt Oligo A dar (berechnet: 7521 Da). Das Signal bei 3761 Da ist das [M + 2H]2 +-Signal von Oligo A, wohingegen das Signal bei 5140 Da das [M + 3H]2+-Signal des Ligierungsprodukts darstellt. In (b) ist ein Spektrum von zwei vereinigten negativen LCR (ohne Matrize) gezeigt. Das Signal bei 7514 Da stellt Oligo A dar (berechnet: 7521 Da). 33 shows a spectrum of two unified positive LCRs (a). Purification was performed with a combination of ultrafiltration and streptavidin dynabeads as described in the text. The signal at 15448 Da represents the ligation product (calculated: 15450 Da). The signal at 7527 represents oligo A (calculated: 7521 Da). The signal at 3761 Da is the oligo A [M + 2H] 2 + signal, whereas the signal at 5140 Da represents the [M + 3H] 2+ signal of the ligation product. In (b) a spectrum of two unified negative LCR (without template) is shown. The signal at 7514 Da represents Oligo A (calculated: 7521 Da).

34 ist eine schematische Darstellung der Oligo-Basen-Extension des Mutationsnachweisprimers, wie in Beispiel 7 beschrieben, unter Verwendung von ddTTP (A) bzw. ddCTP (B) im Reaktionsgemisch. Die theoretisch berechnete Masse ist in Klammern angegeben. Die gezeigte Sequenz ist ein Teil des Exons 10 des CFTR-Gens, der die häufigste Cystische-Fibrose-Mutation ΔF508 und die selteneren Mutationen Δ1507 und Ile506Ser enthält. 34 Figure 3 is a schematic representation of the oligo base extension of the mutation detection primer as described in Example 7 using ddTTP (A) and ddCTP (B) in the reaction mixture, respectively. The theoretically calculated mass is given in brackets. The sequence shown is part of exon 10 of the CFTR gene, the most common cystic fibrosis mutation ΔF508, and the rarer mutations Δ1507 and Ile506Ser contains.

35 ist ein MALDI-TOF-Spektrum, das direkt von präzipitierten Oligo-Basenextendierten Primern zum Mutationsnachweis aufgenommen wurde. Das Spektrum in (A) bzw. (B) zeigt den annelierten Primer (CF508) ohne weitere Extensionsreaktion. Feld C zeigt das MALDI-TOF-Spektrum des Wildtyps unter Verwendung von pppTdd in der Extensionsreaktion und D ein heterozygotes Extensionsprodukt, das die 506S-Mutation trägt, bei Verwendung von pppCdd als Terminator. Die Felder E und F zeigen eine Heterozygote mit der ΔF508-Mutation mit pppTdd und pppCdd als Terminatoren in der Extensionsreaktion. Die Felder G und H stellen eine homozygote ΔF508-Mutation mit entweder pppTdd oder pppCdd als Terminatoren dar. Die Diagnosematrize ist unter jedem Spektrum gezeigt, und die beobachteten/erwarteten Molekülmassen sind in Klammem dargestellt. 35 is a MALDI-TOF spectrum taken directly from precipitated oligo-base extended primers for mutation detection. The spectrum in (A) or (B) shows the annelierten primer (CF508) without further extension reaction. Panel C shows the wild-type MALDI-TOF spectrum using pppTdd in the extension reaction and D a heterozygous extension product bearing the 506S mutation using pppCdd as the terminator. Fields E and F show a heterozygote with the ΔF508 mutation with pppTdd and pppCdd as terminators in the extension reaction. Fields G and H represent a homozygous ΔF508 mutation with either pppTdd or pppCdd as terminators. The diagnostic template is shown below each spectrum and the observed / expected molecular masses are shown in brackets.

36 zeigt einen Abschnitt einer pRFc1-DNA-Sequenz, der als Matrize zur Nukleinsäureamplifikation gemäß Beispiel 8 von unmodifizierten und 7-Deazapurinhaltigen 99-mer- und 200-mer-Nukleinsäuren verwendet wurde, sowie die Sequenzen des 19-mer-Vorwärtsprimers und der beiden 18-mer-Rückwärtsprimer. 36 Figure 4 shows a portion of a pRFc1 DNA sequence used as a template for nucleic acid amplification according to Example 8 of unmodified and 7-deazapurine-containing 99-mer and 200-mer nucleic acids and the sequences of the 19-mer forward primer and the two 18 -mer reverse primer.

37 zeigt den Abschnitt der Nukleotidsequenz von M13mp18-RFI-DNA, der in Beispiel 8 zur Nukleinsäureamplifikation von unmodifizierten und 7-Deazapurinhaltigen 103-mer-Nukleinsäuren verwendet wurde. Ebenfalls gezeigt sind die Nukleotidsequenzen der in der Nukleinsäureamplifikationsreaktion eingesetzten 17-mer-Primer. 37 Figure 13 shows the portion of the nucleotide sequence of M13mp18 RFI DNA used in Example 8 for nucleic acid amplification of unmodified and 7-deazapurine-containing 103-mer nucleic acids. Also shown are the nucleotide sequences of the 17-mer primers used in the nucleic acid amplification reaction.

38 zeigt das Ergebnis einer Polyacrylamidgelelektrophorese der in Beispiel 8 beschriebenen, für die MALDI-TOF-Analyse gereinigten und aufkonzentrierten amplifizierten Produkte. M: Kettenlängenmarker, Bahn 1: 7-Deazapurin-haltiges 99-mer-Amplifikationsprodukt, Bahn 2: unmodifiziertes 99-mer, Bahn 3: 7-Deazapurinhaltiges 103-mer und Bahn 4: unmodifiziertes 103-mer-Amplifikationsprodukt. 38 shows the result of polyacrylamide gel electrophoresis of the amplified products purified and concentrated for MALDI-TOF analysis described in Example 8. M: chain length marker, lane 1: 7 deazapurine-containing 99-mer amplification product, lane 2: unmodified 99-mer, lane 3: 7-deazapurine-containing 103-mer, and lane 4: unmodified 103-mer amplification product.

39: Ein Autoradiogramm der Polyacrylamidgelelektrophorese von Nukleinsäure-(d. h. PCR-)Reaktionen, die mit den 5'[31P]-markierten Primern 1 und 4 durchgeführt wurden. Bahnen 1 und 2: unmodifiziertes und 7-Deazapurinmodifiziertes 103-mer-Amplifikationsprodukt (53321 und 23520 Impulse), Bahnen 3 und 4: unmodifiziertes und 7-Deazapurin-modifiziertes 200-mer (71123 und 39582 Impulse) sowie Bahnen 5 und 6: unmodifiziertes und 7-Deazapurin-modifiziertes 99-mer (173216 und 94400 Impulse). 39 : An autoradiogram of polyacrylamide gel electrophoresis of nucleic acid (ie, PCR) reactions performed with the 5 '[ 31 P] labeled primers 1 and 4. Lanes 1 and 2: unmodified and 7-deazapurine modified 103-mer amplification product (53,321 and 23,520 pulses), lanes 3 and 4: unmodified and 7-deazapurine modified 200-mer (71,123 and 39,582 pulses), and lanes 5 and 6: unmodified and 7-deazapurine modified 99-mer (173216 and 94400 pulses).

40: a) MALDI-TOF-Massenspektrum der unmodifizierten 103-mer-Amplifikationsprodukte (Summe von zwölf einzeln aufgenommenen Spektren). Der Mittelwert der Massen, berechnet für die zwei Einzelstränge (31768 u und 31759 u), ist 31763 u. Massenauflösung: 18. b) MALDI-TOF-Massenspektrum des 7-Deazapurin-haltigen 103-mer-Amplifikationsprodukts (Summe dreier einzeln aufgenommener Spektren). Der Mittelwert der Massen, berechnet für die zwei Einzelstränge (31727 u und 31719 u) ist 31723 u. Massenauflösung: 67. 40 : a) MALDI-TOF mass spectrum of the unmodified 103-mer amplification products (sum of twelve individually recorded spectra). The mean of the masses calculated for the two single strands (31768 u and 31759 u) is 31763 u. Mass resolution: 18. b) MALDI-TOF mass spectrum of the 7-deazapurine-containing 103-mer amplification product (sum of three singly recorded spectra). The mean of the masses calculated for the two single strands (31727 u and 31719 u) is 31723 u. Mass resolution: 67.

41: a) MALDI-TOF-Massenspektrum des unmodifizierten 99-mer-Amplifikationsprodukts (Summe von zwanzig einzeln aufgenommenen Spektren). Werte der für die zwei Einzelstränge berechneten Massen: 30261 u und 30794 u. b) MALDI-TOF-Massenspektrum des 7-Deazapurin-haltigen 99-mer-Amplifikationsprodukts (Summe von zwölf einzeln aufgenommenen Spektren). Werte der für die beiden Einzelstränge berechneten Massen: 30224 u und 30750 u. 41 : a) MALDI-TOF mass spectrum of the unmodified 99-mer amplification product (sum of twenty singly recorded spectra). Values of the masses calculated for the two single strands: 30261 u and 30794 u. b) MALDI-TOF mass spectrum of the 7-deazapurine-containing 99-mer amplification product (sum of twelve individually recorded spectra). Values of the masses calculated for the two single strands: 30224 u and 30750 u.

42: a) MALDI-TOF-Massenspektrum des unmodifizierten 200-mer-Amplifikationsprodukts (Summe von 30 einzeln aufgenommenen Spektren). Der Mittelwert der Massen, berechnet für die zwei Einzelstränge (61873 u und 61595 u), ist 61734 u. Massenauflösung: 28. b) MALDI-TOF-Massenspektrum des 7-Deazapurin-haltigen 200-mer-Amplifikationsprodukts (Summe von 30 einzeln aufgenommenen Spektren). Der Mittelwert der Massen, berechnet für die zwei Einzelstränge (61772 u und 61714 u) ist 61643 u. Massenauflösung: 39. 42 : a) MALDI-TOF mass spectrum of the unmodified 200-mer amplification product (sum of 30 individually recorded spectra). The mean of the masses calculated for the two single strands (61873 u and 61595 u) is 61734 u. Mass resolution: 28. b) MALDI-TOF mass spectrum of the 7-deazapurine-containing 200-mer amplification product (sum of 30 singly recorded spectra). The mean of the masses calculated for the two single strands (61772 u and 61714 u) is 61643 u. Mass resolution: 39.

43: a) MALDI-TOF-Massenspektrum des 7-Deazapurin-haltigen 100-mer-Amplifikationsprodukts mit Ribo-modifizierten Primern. Der Mittelwert der Massen, berechnet für die zwei Einzelstränge (3052911 und 31095 u) ist 30812 u. b) MALDI-TOF-Massenspektrum des amplifizierten Produkts nach hydrolytischer Primer-Spaltung. Der Mittelwert der Massen, berechnet für die zwei Einzelstränge (25104 u und 25229 u) ist 25167 u. Der Mittelwert der gespaltenen Primer (5437 u und 5918 u) ist 5677 u. 43 : a) MALDI-TOF mass spectrum of the 7-deazapurine-containing 100-mer amplification product with ribo-modified primers. The mean of the masses calculated for the two single strands (3052911 and 31095 u) is 30812 u. b) MALDI-TOF mass spectrum of the amplified product after hydrolytic primer cleavage. The mean of the masses calculated for the two single strands (25104 u and 25229 u) is 25167 u. The mean of the cleaved primers (5437 u and 5918 u) is 5677 u.

44A–D zeigt das MALDI-TOF-Massenspektrum der vier Sequenzierungsleitern, die von einer 39-mer-Matrize (SEQ ID Nr. 23), die über eine 3-Biotinylierung an Streptavidin-Perlen immobilisiert war, erhalten wurden. Ein 14-mer-Primer (SEQ ID Nr. 24) wurde zum Sequenzieren gemäß Beispiel 9 verwendet. 44A D shows the MALDI-TOF mass spectrum of the four sequencing ladders obtained from a 39-mer template (SEQ ID NO: 23) immobilized to streptavidin beads via 3-biotinylation were. A 14-mer primer (SEQ ID NO: 24) was used for sequencing according to Example 9.

45 zeigt ein MALDI-TOF-Massenspektrum einer Festphasensequenzierung einer 78-mer-Matrize (SEQ ID Nr. 25), die an Streptavidin-Perlen über eine 3'-Biotinylierung immobilisiert war. Ein 18-mer-Primer (SEQ ID Nr. 26) und ddGTP wurden zum Sequenzieren verwendet. 45 Figure 4 shows a MALDI-TOF mass spectrum of solid phase sequencing of a 78-mer template (SEQ ID NO: 25) immobilized on streptavidin beads via a 3'-biotinylation. An 18-mer primer (SEQ ID NO: 26) and ddGTP were used for sequencing.

46 zeigt ein Schema, bei dem Duplex-DNA-Sonden mit einzelsträngigem Überhang spezifische DNA-Matrizen einfangen und auch als Primer zur Festphasensequenzierung dienen. 46 Figure 12 shows a scheme in which single stranded overhang duplex DNA probes capture specific DNA templates and also serve as primers for solid phase sequencing.

47A–D zeigt MALDI-TOF-Massenspektren, erhalten aus einer Sequenzierungsreaktion unter Verwendung eines 5'-fluoreszenzmarkierten 23-mers (SEQ ID Nr. 29) hybridisiert an ein 3'-biotinyliertes 15-mer (SEQ ID Nr. 30), wobei ein 5-Basen-Überhang verbleibt, der eine 15-mer-Matrize (SEQ ID Nr. 31) einfing, wie in Beispiel 9 beschrieben. 47A D shows MALDI-TOF mass spectra obtained from a sequencing reaction using a 5'-fluorescently labeled 23-member (SEQ ID NO: 29) hybridized to a 3'-biotinylated 15-mer (SEQ ID NO: 30), wherein 5-base overhang that captured a 15-mer template (SEQ ID NO: 31) as described in Example 9.

48 zeigt ein Stapelfluorogramm derselben, aus der in 47 beschriebenen Reaktion erhaltenen Produkte, die aber auf einen üblichen DNA-Sequenzierautomaten aufgetragen wurden. 48 shows a stacked fluorogram thereof, from the in 47 described reaction, but which were applied to a conventional DNA sequencer.

49 zeigt ein MALDI-TOF-Massenspektrum der Sequenzierungsleiter unter Verwendung von Cycle Sequencing, wie in Beispiel 1 beschrieben, die aus einem biologischen Amplifikationsprodukt als Matrize und einem 12-mer (5'-TGC ACC TGA CTC-3' (SEQ ID Nr. 34)) als Sequenzierungsprimer hergestellt wurde. Die von Depurinierungen herrührenden Peaks und Peaks, die nicht mit der Sequenz in Zusammenhang stehen, sind durch ein Sternchen markiert. Die MALDI-TOF-MS-Messungen wurden auf einem Reflektron-TOF-MS aufgenommen. A.) Mit ddATP gestoppte Sequenzierungsleiter; B.) Mit ddCTP gestoppte Sequenzierungsleiter; C.) Mit ddGTP gestoppte Sequenzierungsleiter; D.) Mit ddTTP gestoppte Sequenzierungsleiter. 49 Figure 4 shows a MALDI-TOF mass spectrum of the sequencing ladder using cycle sequencing as described in Example 1, consisting of a biological amplification product as template and a 12-mer (5'-TGC ACC TGA CTC-3 '(SEQ ID NO: 34 )) was prepared as a sequencing primer. Depurination-derived peaks and non-sequence related peaks are marked by an asterisk. The MALDI-TOF-MS measurements were taken on a reflectron TOF-MS. A.) sequencing ladder stopped with ddATP; B.) Sequencing ladder stopped with ddCTP; C.) Sequencing ladder stopped with ddGTP; D.) Sequencing ladder stopped with ddTTP.

50 zeigt eine schematische Darstellung der in 49 erzeugten Sequenzierungsleiter mit den entsprechenden berechneten Molekülmassen bis zu 40 Basen nach dem Primer. Zur Berechnung wurden die folgenden Massen verwendet: 3581,4 Da für den Primer, 312,2 Da für 7-Deaza-dATP, 304,2 Da für dTTP, 289,2 Da für dCTP und 328,2 Da für 7-Deaza-dGTP. 50 shows a schematic representation of the in 49 generated sequencing ladder with the corresponding calculated molecular masses up to 40 bases after the primer. The following masses were used for the calculation: 3581.4 Da for the primer, 312.2 Da for 7-deaza-dATP, 304.2 Da for dTTP, 289.2 Da for dCTP and 328.2 Da for 7-deaza dGTP.

51 zeigt die Sequenz des amplifizierten 209-bp-Amplifikationsprodukts im β-Globin-Gen, das als Matrize zur Sequenzierung verwendet wurde. Die Sequenzen des entsprechenden Amplifikationsprimers und die Stelle des 12-mer-Sequenzierungsprimers sind ebenfalls gezeigt. Diese Sequenz stellt eine homozygote Mutante an der Position 4 Basen hinter dem Primer dar. In der Wildtypsequenz wäre dieses T durch ein A ersetzt. 51 Figure 12 shows the sequence of the amplified 209 bp amplification product in the β-globin gene used as template for sequencing. The sequences of the corresponding amplification primer and the location of the 12-mer sequencing primer are also shown. This sequence represents a homozygous mutant at position 4 bases behind the primer. In the wild-type sequence, this T would be replaced by an A.

52 zeigt eine Sequenz, die Teil des Introns 5 des Interferonrezeptor-Gens ist und den AluVpA-Polymorphismus, wie in Beispiel 11 weiter beschrieben, trägt. Das Schema stellt die Primer-Oligo-Basen-Extension (PROBE) unter Verwendung von ddGTP, ddCTP bzw. beiden zur Termination dar. Der Polymorphismusnachweis-Primer (IFN) ist unterstrichen, die Terminationsnukleotide sind fett markiert. Die Werte für die theoretische Masse der in 28 unabhängigen Individuen gefundenen Allele und einer Familie mit fünf Mitgliedern sind in der Tabelle angegeben. Beide Sekundärstellenmutationen, die in den meisten, aber nicht in allen der 13 Einheitsallele gefunden wurden, sind angedeutet. 52 Figure 4 shows a sequence that is part of the intron 5 of the interferon receptor gene and carries the AluVpA polymorphism as further described in Example 11. The scheme represents the primer oligo base extension (PROBE) using ddGTP, ddCTP, and both for termination. The polymorphism detection primer (IFN) is underlined, the termination nucleotides are labeled in bold. Values for the theoretical mass of the alleles found in 28 independent individuals and a family of five members are given in the table. Both secondary site mutations found in most, but not all, of the 13 unit alleles are suggested.

53 zeigt die MALDI-TOF-MS-Spektren, die direkt von präzipitierten verlängerten Cyklus-PROBE-Reaktionsprodukten aufgezeichnet wurden. Familienstudie unter Verwendung des AluVpA-Polymorphismus im Intron 5 des Interferon-α-Rezeptorgens (Beispiel 11). 53 Figure 9 shows the MALDI-TOF MS spectra recorded directly from precipitated extended cycle PROBE reaction products. Family study using the AluVpA polymorphism in intron 5 of the interferon α receptor gene (Example 11).

54 zeigt die Massenspektren von PROBE-Produkten unter Verwendung von ddC als Terminationsnukleotid im Reaktionsgemisch. Das Allel mit der Molekülmasse von etwa 11650 Da von der DNA der Mutter und von Kind 2 ist ein Hinweis auf eine Sekundärstellenmutation in einer der Wiederholungseinheiten. 54 shows the mass spectra of PROBE products using ddC as the termination nucleotide in the reaction mixture. The allele with molecular weight of about 11650 Da from the DNA of the mother and of child 2 is an indication of a secondary site mutation in one of the repeat units.

55 zeigt eine schematische Darstellung des PROBE-Verfahrens zum Nachweis verschiedener Allele im Poly-T-Trakt am 3'-Ende von Intron 8 des CFTR-Gens mit pppCdd als Terminator (Beispiel 11). 55 Figure 4 shows a schematic representation of the PROBE method for detection of various alleles in the poly-T tract at the 3 'end of intron 8 of the CFTR gene with pppCdd as terminator (Example 11).

56 zeigt die MALDI-TOF-MS-Spektren, die direkt von den präzipitierten verlängerten PROBE-Reaktionsprodukten aufgenommen wurden. Nachweis aller drei üblichen Allele des Poly-T-Trakts am 3'-Ende des Introns 8 des CFTR-Gens. (a) T5/T9-heterozygot, (b) T7/T9-heterozygot (Beispiel 11). 56 Figure 9 shows the MALDI-TOF-MS spectra taken directly from the precipitated extended PROBE reaction products. Detection of all three common alleles of the poly-T tract at the 3 'end of the intron 8 of the CFTR gene. (a) T5 / T9 heterozygote, (b) T7 / T9 heterozygous (Example 11).

57 zeigt ein Massenspektrum der Spaltung eines 252-mer-ApoE-Gen-Amplifikationsproduktes (ε3/ε3-Genotyp), wie in Beispiel 12 beschrieben, unter Verwendung von a) nur Cfol und b) Cfol plus Rsal. Sternchen: Depurinierungspeaks. 57 Figure 4 shows a mass spectrum of cleavage of a 252-mer ApoE gene amplification product (ε3 / ε3 genotype) as described in Example 12, using a) only Cfol and b) Cfol plus Rsal. Asterisk: Depurination peaks.

58 zeigt ein Massenspektrum des ApoE-Gen-Amplifikationsprodukts (ε3/ε3-Genotyp), verdaut durch Cfol und gereinigt durch a) einfache und b) doppelte Ethanol/Glykogen- und c) doppelte Isopropylalkohol/Glykogen-Prazipitation. 58 Figure 10 shows a mass spectrum of the apoE gene amplification product (ε3 / ε3 genotype) digested by Cfol and purified by a) single and b) double ethanol / glycogen and c) double isopropyl alcohol / glycogen precipitation.

59 zeigt ein Massenspektrum der Cfol/Rsal-Verdau-Produkte der Genotypen a) ε2/ε3, b) ε3/ε3, c) ε3/ε4 und c) ε4/ε4. Die gestrichelten Linien sind durch diagnostische Fragmente gezeichnet. 59 shows a mass spectrum of the Cfol / Rsal digestion products of the genotypes a) ε2 / ε3, b) ε3 / ε3, c) ε3 / ε4 and c) ε4 / ε4. The dashed lines are drawn by diagnostic fragments.

60 zeigt ein Schema zur schnellen Identifizierung unbekannter ApoE-Genotypen nach gleichzeitiger Spaltung eines 252-mer-ApoE-Gen-Amplifikationsprodukts durch die Restriktionsenzyme Cfol und Rsal. 60 Figure 4 shows a scheme for the rapid identification of unknown ApoE genotypes following simultaneous cleavage of a 252-mer ApoE gene amplification product by the restriction enzymes Cfol and Rsal.

61 zeigt die Multiplexierungs-(Codons 112 und 158)Massenspektrum-PROBE-Ergebnisse für die Genotypen a) ε2/ε3, b) ε3/ε3, c) ε3/ε4 und c) ε4/ε4. E: Extensionsprodukte; P: nicht verlängerter Primer. Oben: Bereiche von Codon 112 und 158 mit polymorphen Stellen fett und Primersequenzen unterstrichen. 61 shows the multiplexing (codons 112 and 158) mass spectrum PROBE results for the genotypes a) ε2 / ε3, b) ε3 / ε3, c) ε3 / ε4 and c) ε4 / ε4. E: extension products; P: not extended primer. Top: Regions of codons 112 and 158 with polymorphic sites in bold and primer sequences underlined.

62 zeigt ein Massenspektrum eines TRAP-Tests zum Nachweis von Telomeraseaktivität (Beispiel 13). Das Spektrum zeigt zwei der Primersignale des amplifizierten Produkts des TS-Primers bei 5.497,3 Da (ber. 5523 Da) und des biotinylierten bioCX-Primers bei 7.537,6 Da (ber. 7.537 Da) und das erste Telomerase-spezifische Testprodukt mit drei Telomer-Repeats bei 12.775,8 Da (ber. 12.452 Da), seine Masse ist aufgrund der Extendaseaktivität der Taq-DNA-Polymerase um ein dA-Nukleotid größer (12.765 Da). 62 shows a mass spectrum of a TRAP assay for detecting telomerase activity (Example 13). The spectrum shows two of the primer signals of the amplified product of the TS primer at 5,497.3 Da (calc. 5523 Da) and the biotinylated bioCX primer at 7,537.6 Da (calc. 7,537 Da) and the first telomerase-specific test product with three Telomeric repeats at 12,775.8 Da (approx. 12,452 Da), its mass is larger due to the extendase activity of the Taq DNA polymerase by one dA nucleotide (12,765 Da).

63 zeigt den höheren Massenbereich von 62, d. h. der Peak bei 12.775,6 Da stellt die Produkte mit diesen Telomer-Wiederholungen dar. Die Peaks bei 20.322,1 Da sind das Ergebnis einer Telomeraseaktivität unter Bildung von sieben Telomer-Repeats (ber. 20.395 Da einschließlich der Verlängerung um 1 dA-Nukleotid). Die mit 1, 2, 3 und 4 bezeichneten Peaks enthalten vier Telomer-Repeats bei 14.674 Da sowie ein Sekundärionenprodukt. 63 shows the higher mass range of 62 ie, the peak at 12,775.6 Da represents the products with these telomere repeats. The peaks at 20,322.1 Da are the result of telomerase activity to form seven telomere repeats (reported 20,395 Da including extension by 1 dA). nucleotide). The peaks labeled 1, 2, 3, and 4 contain four telomere repeats at 14,674 Da and a secondary ion product.

64 zeigt ein MALDI-TOF-Spektrum des RT-amplifizierten Produktes der menschlichen Tyrosinhydroxylase-mRNA, welches das Vorhandensein von Neuroblastomzellen anzeigt (Beispiel 14). Das Signal bei 18.763,8 Da stellt das nicht-biotinylierte einzelsträngige 61-mer des geschachtelt amplifizierten Produkts dar (ber. 18.758,2 Da). 64 Figure 9 shows a MALDI-TOF spectrum of the RT amplified product of human tyrosine hydroxylase mRNA indicating the presence of neuroblastoma cells (Example 14). The signal at 18,763.8 Da represents the non-biotinylated single-stranded 61-mer of the nested amplified product (calculated 18,758.2 Da).

65(a) zeigt eine schematische Darstellung einer PROBE-Reaktion für das RET-Proto-Onkogen mit einem Gemisch von dATP, dCTP, dGTP und ddTTP (Beispiel 15). B bedeutet Biotin, durch das der Sense-Matrizenstrang über Streptavidin an einen festen Träger gebunden ist. 65 (a) Figure 12 shows a schematic representation of a PROBE reaction for the RET proto-oncogene with a mixture of dATP, dCTP, dGTP and ddTTP (Example 15). B is biotin, by which the sense template strand is bound via streptavidin to a solid support.

65(b) zeigt die erwarteten PROBE-Produkte für ddT- und ddA-Reaktionen für den Wildtyp-, den C→T- und den C→A-Antisense-Strang. 65 (b) shows the expected PROBE products for ddT and ddA reactions for the wild-type, the C → T and the C → A antisense strand.

66 zeigt die PROBE-Produkt-Massenspektren für (a) negative Kontrolle, (b) heterozygoter Patient 1 (Wt/C→T) und (c) heterozygoter Patient 2 (Wt/C→A), wobei die durchschnittlichen Mr-Werte angegeben sind. 66 shows the PROBE product mass spectra for (a) negative control, (b) Heterozygous Patient 1 (Wt / C → T), and (c) Heterozygous Patient 2 (Wt / C → A), said average M r values indicated are.

67 zeigt die MALDI-FTMS-Spektren für synthetische Analoga, die ribogespaltene RET-Proto-Onkogen-Amplifikationsprodukte von (a) Wildtyp, (b) G→A und (c) G→T-Homozygoten und (d) Wildtyp/G→A-, (e) Wildtyp/G→T- und (f) G→A/G→T-Heterozygoten darstellen, wobei die Massen der häufigsten Isotopenpeaks angegeben sind. 67 Figure 4 shows the MALDI-FTMS spectra for synthetic analogs, the ribo-split RET proto-oncogene amplification products of (a) wild type, (b) G → A and (c) G → T homozygotes and (d) wild-type / G → A -, (e) represent wild-type / G → T and (f) G → A / G → T heterozygotes, with the masses of the most abundant isotopic peaks indicated.

68 ist eine schematische Darstellung der Nukleinsäureimmobilisierung über kovalente bifunktionelle Trityl-Linker. 68 Figure 3 is a schematic representation of nucleic acid immobilization via covalent bifunctional trityl linkers.

69 ist eine schematische Darstellung der Nukleinsäureimmobilisierung über hydrophobe Trityl-Linker. 69 Figure 3 is a schematic representation of nucleic acid immobilization via hydrophobic trityl linkers.

70 zeigt ein MALDI-TOF-Massenspektrum eines Überstands der matrixbehandelten Dynabeads, die gebundenes Oligo (5'-Iminobiotin-TGCACCTGACTC, SEQ ID Nr. 56) enthalten. Ein interner Standard (CTGTGGTCGTGC, SEQ ID Nr. 57) war in der Matrix enthalten. 70 Figure 12 shows a MALDI-TOF mass spectrum of a supernatant of matrix-treated Dynabeads containing bound oligo (5'-iminobiotin TGCACCTGACTC, SEQ ID NO: 56). An internal standard (CTGTGGTCGTGC, SEQ ID NO: 57) was included in the matrix.

71 zeigt das MALDI-TOF-Massenspektrum eines Überstands der matrixbehandelten Dynabeads, die gebundenes Oligo (5'-Iminobiotin-TGCACCTGACTC, SEQ ID Nr. 56) enthalten. Ein interner Standard (CTGTGGTCGTGC, SEQ ID Nr. 57) war in der Matrix enthalten. 71 shows the MALDI-TOF mass spectrum of a supernatant of the matrix-treated Dynabeads, the bound oligo (5'-iminobiotin TGCACCTGACTC, SEQ ID NO: 56). An internal standard (CTGTGGTCGTGC, SEQ ID NO: 57) was included in the matrix.

72 zeigt schematisch die an der Loop-Primer-Oligo-Basen-Extensions(LoopProbe-) Reaktion beteiligten Schritte. 72 schematically shows the steps involved in the loop primer oligo base extension (LoopProbe) reaction.

73A zeigt ein MALDI-TOF-Massenspektrum eines Überstands nach Cfol-Verdau eines Stem-Loops. Die 73B–D zeigen MALDI-TOF-Massenspektren verschiedener Genotypen: HbA der Wildtyp-Genotyp (74B), HbC eine Mutation von Codon 6 des β-Globin-Gens, die Sichelzellen-Erkrankung verursacht (74C) und HbS eine andere Mutation von Codon 6 des β-Globin-Gens, die Sichelzellen-Erkrankung verursacht (74D). 73A Figure 9 shows a MALDI-TOF mass spectrum of a supernatant after Cfol digestion of a stem loop. The 73B -D show MALDI-TOF mass spectra of different genotypes: HbA the wild-type genotype (74B), HbC a mutation of codon 6 of the β-globin gene causing sickle cell disease (74C) and HbS another mutation of codon 6 of the β-globin gene causing sickle cell disease (74D).

74 zeigt die Nukleinsäuresequenz des amplifizierten Bereichs von CKR-5. Die unterstrichene Sequenz entspricht der zu den Amplifikationsprimern homologen Region. Der gepunktete Bereich entspricht der 32-bp-Deletion. 74 shows the nucleic acid sequence of the amplified region of CKR-5. The underlined sequence corresponds to the region homologous to the amplification primers. The dotted area corresponds to the 32 bp deletion.

75 zeigt den Sense-Primer ckrT7f, Dieser ist so konzipiert, dass er die Bindung von T7-RNA-Polymerase und die Amplifikation der zu analysierenden CKR-5-Region erleichtert, und er beginnt mit einer zufällig ausgewählten Sequenz von 24 Basen, der T7-Promotorsequenz von 18 Basen und der zu CKR-5 homologen Sequenz von 19 Basen. 75 shows the sense primer ckrT7f, designed to facilitate the binding of T7 RNA polymerase and to amplify the CKR-5 region to be analyzed, starting with a random sequence of 24 bases, the T7 Promoter sequence of 18 bases and the CKR-5 homologous sequence of 19 bases.

76 ist ein MALDI-TOF-Massenspektrum des CKR-5-Amplifikationsprodukts, das wie im nachstehenden Beispiel 21 beschrieben erzeugt wurde. 76 is a MALDI-TOF mass spectrum of the CKR-5 amplification product generated as described in Example 21 below.

77 zeigt Positiv-Ionen-UV-MALDI-Massenspektren eines synthetischen RNA 25-mers (5'-UCCGGUCUGAUGAGUCCGUGAGGAC-3', SEQ ID Nr. 62), das mit ausgewählten RNAsen verdaut wurde. Für jedes Enzym wurden zur Analyse 0,6 μl-Aliquote des 4,5 μl-Tests, der insgesamt ca. 20 pMol der RNA enthielt, mit 1,5 μl Matrix (3-HPA) fixiert. Fragmente mit beibehaltenem 5'-Terminus sind durch verschiedene Pfeile markiert, spezifisch für die verschiedenen RNAsen (Hahner et al. (1996), Proceedings of the 44th ASMS Conference an Mass Spectrometry and Allied Topics, S. 983). 77 Figure 4 shows positive ion UV-MALDI mass spectra of a synthetic RNA 25mer (5'-UCCGGUCUGAUGAGUCCGUGAGGAC-3 ', SEQ ID NO: 62) digested with selected RNAses. For each enzyme, 0.6 μl aliquots of the 4.5 μl assay containing a total of about 20 pmoles of RNA were fixed with 1.5 μl matrix (3-HPA) for analysis. Fragments with retained 5'-terminus are marked by different arrows specific for the different RNAs (Hahner et al. (1996), Proceedings of the 44th ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, p. 983).

78 ist eine Untersuchung der Spezifität der RNAsen CL3 und Cusativin durch Positiv-Ionen-UV-MALDI-Massenspektren eines synthetischen RNA-20-mers. Erwartete und/oder beobachtete Spaltstellen sind durch Pfeile angezeigt. A, B, C geben richtige Spaltstellen und entsprechende einzeln gespaltene Fragmente an. Fehlende Spaltungen sind mit einem Fragezeichen (?), unspezifische Spaltungen mit einem X markiert. 78 is a study of the specificity of RNAses CL3 and Cusativin by positive ion UV-MALDI mass spectra of a synthetic RNA-20mer. Expected and / or observed cleavage sites are indicated by arrows. A, B, C indicate correct cleavage sites and corresponding individually cleaved fragments. Missing divisions are marked with a question mark (?), Non-specific divisions with an X.

79 zeigt die Trennung eines Gemischs von DNA-Molekülen (12-mer, 5'-biot. 19-mer, 22-mer und 5'-biot. 27-mer) mit Streptavidin-beschichteten Magnetperlen. a) Positiv-Ionen-UV-MALDI-Massenspektrum von 0,6 μl eines Gemischs, das ca. 2–4 pMol jeder Spezies, gemischt mit 1,5 μl Matrix (3-HPA), enthält. b) Gleich wie a), aber Inkubation des Gemischs mit Magnetperlen und anschließende Freisetzung der eingefangenen Fragmente. 79 shows the separation of a mixture of DNA molecules (12-mer, 5'-biot. 19-mer, 22-mer and 5'-biot. 27-mer) with streptavidin-coated magnetic beads. a) Positive ion UV-MALDI mass spectrum of 0.6 μl of a mixture containing approximately 2-4 pmoles of each species mixed with 1.5 μl matrix (3-HPA). b) Same as a) but incubation of the mixture with magnetic beads and subsequent release of the captured fragments.

80: Elution des immobilisierten 5'-biotinylierten 49-nt-in vitro-Transkripts von den Streptavidin-beschichteten Magnetperlen. Positiv-UV-MALDI-Massenspektrum des Transkripts vor Inkubation mit den Magnetperlen (a). Spektren des immobilisierten RNA-Transkripts nach Elution mit 95% Formamid allein und (b) mit verschiedenen Additiven, wie etwa 10 mM EDTA (c), 10 mM CDTA (d) und 25%-iges Ammoniumhydroxid (e); EDTA und CDTA wurden mit 25%-igem Ammoniumhydroxid auf einen pH-Wert von 8 eingestellt. 80 : Elution of immobilized 5'-biotinylated 49-nt in vitro transcript from the streptavidin-coated magnetic beads. Positive UV-MALDI mass spectrum of the transcript before incubation with the magnetic beads (a). Spectra of the immobilized RNA transcript after elution with 95% formamide alone and (b) with various additives such as 10mM EDTA (c), 10mM CDTA (d) and 25% ammonium hydroxide (e); EDTA and CDTA were adjusted to pH 8 with 25% ammonium hydroxide.

81: Positiv-UV-MALDI-Massenspektren des 5'-biotinylierten 49-nt-in vitro Transkripts nach RNAse U2 Verdau für 15 Minuten. a) Spektrum des 25 μl-Tests, der ca. 100 pMol der Ziel-RNA enthält, vor der Trennung; b) Spektrum nach der Isolierung der 5'- biotinylierten Fragmente mit Magnetperlen. Die eingefangenen Fragmente wurden durch eine 95%-ige Formamidlösung, die 10 mM CDTA enthielt, freigesetzt. In beiden Fällen wurden 1 μl-Aliquote der Proben mit 1,5 μl Matrix (3-HPA) gemischt. 81 : Positive UV-MALDI mass spectra of the 5'-biotinylated 49-nt in vitro transcript after RNAse U2 digestion for 15 minutes. a) Spectrum of the 25 μl assay containing approximately 100 pmol of the target RNA before separation; b) spectrum after isolation of the 5'-biotinylated fragments with magnetic beads. The captured fragments were released by a 95% formamide solution containing 10 mM CDTA. In both cases, 1 μl aliquots of the samples were mixed with 1.5 μl matrix (3-HPA).

82 zeigt schematisch den parallel durchgeführten Nachweis mutmaßlicher Mutationen im menschlichen β-Globin-Gen bei Codon 5 und 6 und bei Codon 30 bzw. in der IVS-1-Donorstelle. 82A zeigt die Amplifikation genomischer DNA unter Verwendung der Primer β2 und β11. Die Lokalisierung der Primer und Identifikationsmarkierungen sowie Hinweise auf die Wildtyp- und die Mutantensequenzen sind angegeben. 82B zeigt die Analyse beider Stellen in einer einfachen Primer-Reaktions-Oligo-Basen-Extension (PROBE) unter Verwendung der Primer β-TAG1 (der stromaufwärts von Codon 5 und 6 bindet) und β-TAG2 (der stromaufwärts von Codon 30 und der IVS-1-Donorstelle bindet). Die Reaktionsprodukte werden unter Verwendung von an Streptavidin-beschichtete paramagnetische Partikel gebundenen biotinylierten Einfangprimern (cap-tag-1 bzw. cap-tag-2) eingefangen, die am 5'-Ende 6 Basen aufweisen, die komplementär zu dem 5'-Ende von β-TAG1 bzw. β-TAG2 sind, und einen Abschnitt, der an einen Universalprimer bindet. 82 schematically shows the parallel detection of putative mutations in the human β-globin gene at codons 5 and 6 and at codon 30 and in the IVS-1 donor site, respectively. 82A shows amplification of genomic DNA using primers β2 and β11. The location of the primers and identification labels as well as references to the wild-type and the mutant sequences are indicated. 82B shows the analysis of both sites in a simple primer reaction oligo base extension (PROBE) using the primers β-TAG1 (which binds upstream of codons 5 and 6) and β-TAG2 (which binds upstream of codon 30 and the IVS-1 donor site). The reaction products are captured using biotinylated capture primers bound to streptavidin-coated paramagnetic particles (cap-tag-1 and cap-tag-2, respectively) which have 6 bases at the 5 'end that are complementary to the 5' end of β-TAG1 and β-TAG2, respectively, and a portion that binds to a universal primer.

83 zeigt ein Massenspektrum der PROBE-Produkte einer DNA-Probe von einem Individuum, die wie schematisch in 82 beschrieben analysiert wurde. 83 Figure 4 shows a mass spectrum of the PROBE products of a DNA sample from an individual as shown schematically in FIG 82 was analyzed.

84 zeigt ein Massenspektrum der an cap-tag-2 gebundenen Sequenz. 84 shows a mass spectrum of the cap-tag-2 bound sequence.

85 zeigt ein Massenspektrum, das erhalten wurde, indem die Primer β-TAG1 und β-TAG2 in einer Sequenzierungsreaktion unter Verwendung von ddATP zur Termination verwendet wurden, wobei anschließend gemäß dem in 82 dargestellten Verfahren aufgetrennt wurde. 85 Figure 4 shows a mass spectrum obtained by using the primers β-TAG1 and β-TAG2 in a sequencing reaction using ddATP for termination, following which, according to the method described in 82 has been separated.

86 zeigt ein Massenspektrum, das erhalten wurde, indem die Primer β-TAG1 und β-TAG2 in einer Sequenzierungsreaktion unter Verwendung von ddATP zur Termination eingesetzt wurden, und anschließend gemäß dem in 82 dargestellten Verfahren aufgetrennt wurde. 86 Figure 4 shows a mass spectrum obtained by using the primers β-TAG1 and β-TAG2 in a sequencing reaction using ddATP for termination and then following the procedure described in 82 has been separated.

87A zeigt die Wildtyp-Sequenz eines Fragments des Chemokin-Rezeptor-CKR-5-Gens mit den für die Amplifikation verwendeten Primern (fett). Die 32-Basenpaar-(bp)Deletion in dem CKR-5-Allel ist unterstrichen und die Stopp-Nukleotide sind kursiv. In 87B sind die Wildtyp-Stränge mit und ohne ein hinzugefügtes Adenosin dargestellt, und ihre Länge und Molekülmassen sind angegeben. 87C gibt das Gleiche für die 32-bp-Deletion an. 87D zeigt die PROBE-Produkte für das Wildtypgen und 87E zeigt das mutierte Allel. 87A shows the wild-type sequence of a fragment of the chemokine receptor CKR-5 gene with the primers used for amplification (bold). The 32 base pair (bp) deletion in the CKR-5 allele is underlined and the stop nucleotides are italics. In 87B the wild-type strands are shown with and without an added adenosine, and their length and molecular masses are indicated. 87C gives the same for the 32 bp deletion. 87D shows the PROBE products for the wild-type gene and 87E shows the mutant allele.

88 zeigt die Amplifikationsprodukte verschiedener nicht verwandter Individuen, die durch native Polyacrylamid-Gelelektrophoresen (15%) und Silberanfärbung analysiert wurden. Die einem Wildtyp-CKR-5 entsprechende Bande läuft bei 75 bp und die Bande des Gens mit der Deletion läuft bei 43 bp. Größere Banden als 75 bp sind auf eine unspezifische Amplifikation zurückzuführen. 88 Figure 4 shows the amplification products of various unrelated individuals analyzed by native polyacrylamide gel electrophoreses (15%) and silver staining. The band corresponding to a wild-type CKR-5 runs at 75 bp and the band of the gene with the deletion runs at 43 bp. Greater than 75 bp bands are due to non-specific amplification.

89A zeigt ein Spektrogramm von DNA, die von einem heterozygoten Individuum gewonnen wurde: Der Peak mit einer Masse von 23319 Da entspricht dem Wildtyp-CKR5 und die Peaks mit Massen von 13137 Da und 13451 Da entsprechen dem Deletionsallel mit bzw. ohne ein zusätzliches Adenosin. 89B zeigt ein Spektrogramm von DNA, die von demselben Individuum wie in 89A erhalten wurde, die DNA wurde aber mit T4-DNA- Polymerase behandelt, um das hinzugefügte Adenosin zu entfernen. Die 89C und 89D sind Spektrogramme, die von homozygoten Individuen gewonnen wurden und in 89D wurde das Adenosin entfernt. Alle Peaks mit kleineren Massen als 13.000 Da sind auf mehrfach geladene Moleküle zurückzuführen. 89A Figure 11 shows a spectrogram of DNA recovered from a heterozygous individual: the peak with a mass of 23319 Da corresponds to the wild-type CKR5 and the peaks with masses of 13137 Da and 13451 Da correspond to the deletion allele with and without an additional adenosine. 89B shows a spectrogram of DNA from the same individual as in 89A but the DNA was treated with T4 DNA polymerase to remove the added adenosine. The 89C and 89D are spectrograms obtained from homozygous individuals and in 89D the adenosine was removed. All peaks smaller than 13,000 Da are due to multiply charged molecules.

90A zeigt das Massenspektrum der Ergebnisse einer PROBE-Reaktion, die an DNA die von einem heterozygoten Individuum gewonnen wurde durchgeführt wurde. 90B zeigt ein Massenspektrum der Ergebnisse einer PROBE-Reaktion an einem homozygoten Individuum. Die Peaks mit Massen von 6604 Da bzw. 6607 Da entsprechen dem Wildtyp-Allel, und der Peak mit einer Masse von 6275 Da entspricht dem Deletionsallel. Der Primer wird mit einer Masse von 5673 bzw. 5676 Da detektiert. 90A Figure 13 shows the mass spectrum of the results of a PROBE reaction performed on DNA recovered from a heterozygous individual. 90B shows a mass spectrum of the results of a PROBE reaction on a homozygous individual. The peaks with masses of 6604 Da and 6607 Da respectively correspond to the wild-type allele, and the peak with a mass of 6275 Da corresponds to the deletion allele. The primer is detected with a mass of 5673 and 5676 Da, respectively.

91 zeigt MALDI-TOF-MS-Spektren einer Thermocycling-Primer-Oligo-Basen-Extensions-(tc-PROBE-)Reaktion, wie in Beispiel 24 beschrieben, wobei drei verschiedene Matrizen und 5 unterschiedlichen PROBE-Primer gleichzeitig in einer Reaktion verwendet wurden. 91 Figure 9 shows MALDI-TOF MS spectra of a thermocycling primer oligo base extension (tc-PROBE) reaction as described in Example 24 using three different templates and 5 different PROBE primers simultaneously in one reaction.

92 zeigt schematisch ein Einzel-Röhrchen-Verfahren zur Amplifikation und Sequenzierung der Exons 5–8 des p53-Gens, wie in Beispiel 25 beschrieben. Das Massenspektrum ist die A-Reaktion der 93. 92 schematically shows a single-tube method for amplification and sequencing of exons 5-8 of the p53 gene as described in Example 25. The mass spectrum is the A reaction of the 93 ,

93 zeigt die übereinander angeordnete graphische Darstellung von vier getrennten Reaktionen zur Sequenzierung eines Abschnitts von Exon 7 des p53-Gens, wie in Beispiel 25 beschrieben. 93 Figure 4 shows the superimposed plot of four separate reactions for sequencing a portion of exon 7 of the p53 gene as described in Example 25.

94 zeigt das Massenspektrum, das von der A-Reaktion zur Sequenzierung eines Abschnitts von Exon 7 des p53-Gens, wie in Beispiel 25 beschrieben, erhalten wurde. 94 Figure 4 shows the mass spectrum obtained from the A reaction for sequencing a portion of exon 7 of the p53 gene as described in Example 25.

95 zeigt das Massenspektrum einer p53-Sequenzierungsleiter, wofür 5 nl jeder Reaktion in Wells auf einem Chip übertragen und mittels MALDI-TOF gemessen wurden. 95 shows the mass spectrum of a p53 sequencing ladder, for which 5 nl of each reaction in wells transferred on a chip and measured by MALDI-TOF.

96A zeigt ein MALDI-TOF-Massenspektrum eines synthetischen 50-mers (15,34 kDa), gemischt mit 27-mernc (nicht-komplementär, 8,30 kDa). 96A Figure 4 shows a MALDI-TOF mass spectrum of a synthetic 50-mer (15.34 kDa) mixed with 27-mer nc (non-complementary, 8.30 kDa).

96B zeigt ein MALDI-TOF-Massenspektrum eines synthetischen 50-mers(15,34 kDa), gemischt mit einem 27-merc (komplementär, 8,34 kDa). Die Endkonzentration jedes Oligonukleotids betrug 10 μM. Das Signal bei 23,68 kDa in 96B entspricht WC-spezifischer dsDNA. 96B Figure 4 shows a MALDI-TOF mass spectrum of a synthetic 50-mer (15.34 kDa) mixed with a 27-mer c (complementary, 8.34 kDa). The final concentration of each oligonucleotide was 10 μM. The signal at 23.68 kDa in 96B corresponds to WC-specific dsDNA.

97A zeigt ein MALDI-TOF-Massenspektrum von Cfol/Rsal-Verdauprodukten aus einer Region von Exon 4 des Apolipoprotein E-Gens (ε3-Genotyp) unter Verwendung der Probenherstellung wie in 96. 97A Figure 9 shows a MALDI-TOF mass spectrum of Cfol / Rsal digestion products from a region of exon 4 of the apolipoprotein E gene (ε3 genotype) using the sample preparation as in 96 ,

97B ist dieselbe wie 97A, außer, dass die Proben für die MALDI-TOF-Analyse bei 4°C hergestellt wurden. 97B is the same as 97A except that the samples were prepared for MALDI-TOF analysis at 4 ° C.

98 zeigt ein MALDI-TOF-Massenspektrum von mit Cfal/Rsal gleichzeitig doppelt verdauten Produkten aus einer 252-Basenpaar-Region von Exon 4 des Apolipoprotein E-Gens (ε4-Genotyp), wobei die Proben bei 4°C hergestellt wurden. 98 Figure 12 shows a MALDI-TOF mass spectrum of Cfal / Rsal co-digested products from a 252 base pair region of exon 4 of the apolipoprotein E gene (ε4 genotype), the samples prepared at 4 ° C.

99 zeigt die aus einer Studie an einer kleinen Population von 15 Patienten mit einer 16-Elemente-Anordnung von Diagnoseprodukten, die mittels einer Nadel-Mikrodosiervorrichtung auf ein MALDI-Ziel übertragen wurden, erhaltenen Massenspektren. 99 Figure 4 shows the mass spectra obtained from a study in a small population of 15 patients with a 16-element array of diagnostic products transferred to a MALDI target using a needle microdosing device.

100 ist ein MALDI-Massenspektrum eines Aliquots, das nach T1-Verdau einer synthetischen 20-mer-RNA entnommen wurde. 100 is a MALDI mass spectrum of an aliquot taken after T 1 digestion of a synthetic 20-mer RNA.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Definitionendefinitions

Wenn nicht anders festgelegt, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie ein Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung für gewöhnlich versteht. Sofern gestattet ist der Gegenstand aller parallelen Patentanmeldungen und des Patents hierin in seiner Gesamtheit inbegriffen.If Unless otherwise specified, all technical means used herein have been used and scientific terms have the same meaning as they are One skilled in the art will usually understand. If permitted is the subject of all parallel patent applications and of the patent Included herein in its entirety.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „biologische Probe" auf jegliches Material, das von irgendeiner lebenden Quelle erhalten wurde (z. B. Mensch, Tier, Pflanze, Bakterien, Pilze, Protisten, Viren). Für die vorliegenden Zwecke enthält die biologische Probe typischerweise ein Nukleinsäuremolekül. Beispiele für geeignete biologische Proben beinhalten, sind u. a. aber nicht begrenzt auf: feste Materialien (z. B. Gewebe, Zellsedimente, Biopsien) und biologische Flüssigkeiten (Urin, Blut, Speichel, Fruchtwasser, Mundwäsche, Cerebrospinalfluid und andere Körperflüssigkeiten).As As used herein, the term "biological sample" refers to any material, that was obtained from any living source (eg, human, Animal, plant, bacteria, fungi, protists, viruses). For the present Contains purposes the biological sample is typically a nucleic acid molecule. Examples for suitable include biological samples are u. a. but not limited to: solid materials (eg tissue, cell sediments, biopsies) and biological liquids (Urine, blood, saliva, amniotic fluid, mouthwash, cerebrospinal fluid and other body fluids).

Wie hierin verwendet, werden die Formulierungen „kettenverlängernde Nukleotide" und „kettenterminierende Nukleotide" entsprechend ihrer im Fachbereich anerkannten Bedeutung verwendet. Beispielsweise sind für DNA kettenverlängernde Nukleotide u. a. 2'-Desoxyribonukleotide (z. B. dATP, dCTP, dGTP und dTTP) und kettenterminiende Nukleotide sind u. a. 2',3'-Didesoxyribonukleotide (z. B. ddATP, ddCTP, ddGTP, ddTTP). Für RNA sind kettenverlängernde Nukleotide u. a. Ribonukleotide (z. B. ATJP, CTP, GTP und UTP) und kettenterminierende Nukleotide sind u. a. 3'-Desoxyribonukleotide (z. B. 3'dA, 3'dC, 3'dG und 3'dU). Ein vollständiger Satz von kettenverlängernden Nukleotiden bezieht sich auf dATP, dCTP, dGTP, dTTP. Der Begriff „Nukleotid" ist im Fachbereich ebenfalls gut bekannt.As used herein, the phrase "chain extending Nucleotides "and" chain terminating Nucleotides "accordingly their meaning recognized in the art. For example for DNA chain-extending Nucleotides u. a. 2'-deoxyribonucleotides (eg dATP, dCTP, dGTP and dTTP) and chain terminating nucleotides are u. a. 2 ', 3'-dideoxyribonucleotides (eg, ddATP, ddCTP, ddGTP, ddTTP). For RNA are chain-extending Nucleotides u. a. Ribonucleotides (eg ATJP, CTP, GTP and UTP) and Chain-terminating nucleotides are u. a. 3'-deoxyribonucleotides (eg 3'dA, 3'dC, 3'dG and 3'dU). A complete sentence of chain-extending Nucleotides refers to dATP, dCTP, dGTP, dTTP. The term "nucleotide" is in the field Also well known.

Wie hierin verwendet umfassen Nukleotide Nukleosidmono-, -di- und -triphosphate. Nukleotide schließen außerdem modifizierte Nukleotide, wie etwa Phosphorthioat-Nukleotide und Deazapurin-Nukleotide ein. Ein vollständiger Satz kettenverlängernder Nukleotide bezieht sich auf vier verschiedene Nukleotide, die an jede der vier verschiedenen Basen hybridisieren können, die die DNA-Matrize ausmachen.As As used herein, nucleotides include nucleoside mono-, di- and triphosphates. Close nucleotides Furthermore modified nucleotides, such as phosphorothioate nucleotides and deazapurine nucleotides one. A complete one Set of chain lengthening Nucleotides refers to four different nucleotides attached to each of the four different bases that make up the DNA template.

Wie hierin verwendet, bezeichnet das hochgestellte 0-i i + 1 Nukleotide, Primer oder Markierungen mit unterscheidbarer Masse. In einigen Fällen kann das hochgestellte 0 eine unmodifizierte Spezies eines bestimmen Recktanten bezeichnen und das hochgestellte i kann die i-te massenmodifizierte Spezies dieses Reaktanten bezeichnen. Wenn beispielsweise mehr als eine Art von Nukleinsäuren gleichzeitig bestimmt werden soll, so können i + 1 verschiedene massenmodifizierte Detektoroligonukleotide (D0, D1, ... Di) verwendet werden, um jede Spezies der massenmodifizierten Detektoroligonukleotide (D) von den anderen mittels Massenspektrometrie zu unterscheiden.As used herein, the superscritical 0-ii + 1 designates nucleotides, primers, or markers of distinguishable mass. In some cases, the superscript 0 may designate an unmodified species of a particular reactant, and the superscript i may designate the i-th mass-modified species of this reactant. For example, when more than one type of nucleic acid is determined simultaneously For example, i + 1 different mass-modified detector oligonucleotides (D 0 , D 1 , ... D i ) can be used to distinguish each species of the mass-modified detector oligonucleotides (D) from the others by mass spectrometry.

Wie hierin verwendet, bezieht sich „multiplex" auf die gleichzeitige Detektion von mehr als einen Analyten, wie etwa von mehr als einem (mutierten) Locus an einem bestimmten eingefangenen Nukleinsäurefragment (auf einem Punkt eines Arrays).As As used herein, "multiplexing" refers to the simultaneous detection of more than one analyte, such as more than one (mutant) Locus on a particular captured nucleic acid fragment (at one point an array).

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Nukleinsäure" auf einzelsträngige und/oder doppelsträngige Polynukleotide, wie etwa Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA), sowie Analoga oder Derivate von entweder RNA oder DNA. Ebenfalls in dem Begriff „Nukleinsäure" inbegriffen sind Analoga von Nukleinsäuren, wie etwa Peptidnukleinsäuren (PNA), Phosphorthioat-DNA und andere solche Analoga und Derivate.As as used herein, the term "nucleic acid" refers to single-stranded and / or double-stranded polynucleotides, such as deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA), as well as analogs or derivatives of either RNA or DNA. Also in the term "nucleic acid" are included Analogs of nucleic acids, such as peptide nucleic acids (PNA), phosphorothioate DNA and other such analogs and derivatives.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „konjugiert" auf eine stabile Anbindung, vorzugsweise eine ionische oder kovalente Anbindung. Bevorzugte Arten der Konjugation sind u. a.: Streptavidin- oder Avidin-Biotin-Wechselwirkung; hydrophobe Wechselwirkung, magnetische Wechselwirkung (z. B. unter Verwendung funktionalisierter Magnetperlen, wie etwa DYNA-BEADS, bei denen es sich um Streptavidin-beschichtete Magnetperlen handelt, die von Dynal, Inc. Great Neck, NY und Oslo Norway vertrieben werden); polare Wechselwirkungen, wie etwa „Benetzungs"wechselwirkungen zwischen zwei polaren Oberflächen oder zwischen Oligo/Polyethylenglycol; Bildung einer kovalenten Bindung, wie etwa einer Amidbindung, Disulfidbindung, Thioetherbindung, oder über Quervernetzungsmittel und über einen säurelabilen oder photolytisch spaltbaren Linker.As As used herein, the term "conjugated" refers to a stable one Attachment, preferably an ionic or covalent attachment. Preferred types of conjugation are u. a .: streptavidin or Avidin-biotin interaction; hydrophobic interaction, magnetic Interaction (eg, using functionalized magnetic beads, such as DYNA-BEADS, which are streptavidin-coated magnetic beads sold by Dynal, Inc. Great Neck, NY and Oslo Norway become); polar interactions, such as wetting interactions between two polar surfaces or between oligo / polyethylene glycol; Formation of a covalent Bond, such as an amide bond, disulfide bond, thioether bond, or over Cross linking agent and over an acid labile or photolytically cleavable linker.

Wie hierin verwendet, bedeutet äquivalent bei der Bezugnahme auf zwei Sequenzen von Nukleinsäuren, dass die beiden fraglichen Sequenzen dieselbe Sequenz von Aminosäuren oder äquivalente Proteine kodieren. Wenn „äquivalent" unter Bezugnahme auf zwei Proteine oder Peptide verwendet wird, so bedeutet dies, dass die beiden Proteine oder Peptide im Wesentlichen dieselbe Aminosäuresequenz aufweisen, mit ausschließlich konservativen Aminosäuresubstitutionen, durch welche die Aktivität oder Funktion des Proteins oder Peptids nicht wesentlich verändert wird.As used herein means equivalent when referring to two sequences of nucleic acids that the two sequences in question have the same sequence of amino acids or equivalent Encode proteins. If "equivalent" with reference used on two proteins or peptides, it means that the two proteins or peptides have essentially the same amino acid sequence exhibit, with exclusively conservative amino acid substitutions, through which the activity or function of the protein or peptide is not significantly altered.

Wenn sich „äquivalent" auf eine Eigenschaft bezieht, so braucht diese Eigenschaft nicht in demselben Ausmaß vorhanden zu sein [z. B. können zwei Peptide ein unterschiedliches Maß derselben Art von enzymatischer Aktivität aufweisen], aber die Aktivitäten sind vorzugsweise im Wesentlichen gleich. „Komplementär" bedeutet bei der Bezugnahme auf zwei Nukleotidsequenzen, dass die beiden Sequenzen von Nukleotiden zur Hybridisierung in der Lage sind, vorzugsweise mit weniger als 25%, weiter bevorzugt mit weniger als 15%, noch weiter bevorzugt mit weniger als 5%, am meisten bevorzugt ohne Mismatch zwischen gegenüber liegenden Nukleotiden.If is "equivalent" to a property this property does not need to exist to the same extent to be [z. B. can two peptides a different measure of the same kind of enzymatic activity have], but the activities are preferably substantially the same. "Complementary" means in the Referring to two nucleotide sequences that the two sequences of nucleotides for hybridization, preferably less than 25%, more preferably less than 15%, still more preferably less than 5%, most preferably no mismatch between opposite lying nucleotides.

Vorzugsweise hybridisieren die beiden Moleküle unter Bedingungen hoher Stringenz.Preferably hybridize the two molecules under conditions of high stringency.

Wie hierin verwendet, bedeutet Stringenz der Hybridisierung bei der Bestimmung der prozentualen Mismatchs die dem Fachmann bekannten Bedingungen und entspricht typischerweise Folgendem: 1) hohe Stringenz: 0,1 × SSPE, 0,1% SDS, 65°C 2) mittlere Stringenz: 0,2 × SSPE, 0,1% SDS, 50°C 3) niedrige Stringenz: 1,0 × SSPE, 0,1% SDS, 50°C As used herein, stringency of hybridization in determining percent mismatches means conditions known to those skilled in the art, and typically corresponds to: 1) high stringency: 0.1X SSPE, 0.1% SDS, 65 ° C 2) mean stringency: 0.2 x SSPE, 0.1% SDS, 50 ° C 3) low stringency: 1.0 x SSPE, 0.1% SDS, 50 ° C

Es versteht sich, dass eine gleichwertige Stringenz unter Verwendung anderer Puffer, Salze und Temperaturen erreicht werden kann.It It is understood that using an equivalent stringency other buffers, salts and temperatures can be achieved.

Wie hierin verwendet, bezieht sich ein Primer bei der Angabe in den Patentansprüchen auf einen Primer, der für die massenspektrometrischen Verfahren, die Immobilisierung, Hybridisierung, Strangverschiebung erfordern, geeignet ist; Sequenzierungsmassenspektrometrie bezieht sich auf eine Nukleinsäure, die eine ausreichende Masse besitzen muss, typischerweise etwa 70 Nukleotide oder weniger als 70, und eine ausreichende Größe, so dass sie für die hierin beschriebenen massenspektrometrischen Verfahren geeignet ist, die auf der massenspektrometrischen Detektion beruhen. Diese Verfahren beinhalten Primer für die Detektion und Sequenzierung von Nukleinsäuren, die eine ausreichende Zahl von Nukleotiden für die Bildung einer stabilen Duplex erfordern, typischerweise etwa 6–30, vorzugsweise etwa 10–25, weiter bevorzugt etwa 12–20. Somit ist für die vorliegenden Zwecke ein Primer eine Sequenz von Nukleotiden, die etwa 6–70, weiter bevorzugt 12–70, weiter bevorzugt mehr als etwa 14 bis zu einer Obergrenze von 70 Nukleotiden umfasst, abhängig von Sequenz und Anwendung des Primers. Die vorliegenden Primer, beispielsweise für die Mutationsanalysen, sind so gewählt, dass sie stromaufwärts von für die Diagnose geeigneten Loci liegen, so dass bei der Durchführung unter Anwendung von Sequenzierung bis zu der oder über die Stelle von Interesse das resultierende Fragment eine Masse besitzt, die ausreichend und nicht zu groß ist, um durch Massenspektrometrie nachgewiesen zu werden. Für massenspektrometrische Verfahren sind vorzugsweise Massenmarkierungen oder Modifikationen am 5'-Ende angefügt und der Primer ist ansonsten unmarkiert.As used herein, a primer as specified in the claims refers to a primer suitable for mass spectrometric methods requiring immobilization, hybridization, strand displacement; Sequencing mass spectrometry refers to a nucleic acid that must have a sufficient mass, typically about 70 nucleotides or less than 70, and a sufficient size to be suitable for the mass spectrometric methods described herein that rely on mass spectrometric detection. These methods involve primers for the detection and sequencing of nucleic acids requiring a sufficient number of nucleotides to form a stable duplex, typically about 6-30, preferably about 10-25, more preferably about 12-20. Thus, for purposes herein, a primer is a sequence of nucleotides that are about 6-70 ahead preferably 12-70, more preferably more than about 14 up to an upper limit of 70 nucleotides, depending on the sequence and application of the primer. The present primers, for example, for mutational analyzes, are chosen to be upstream of the loci suitable for diagnosis such that, when performed using sequencing up to or through the site of interest, the resulting fragment has a mass which sufficient and not too large to be detected by mass spectrometry. For mass spectrometric methods, mass labels or modifications are preferably added at the 5 'end and the primer is otherwise unlabelled.

Wie hierin verwendet bezieht sich „konditionieren" einer Nukleinsäure auf die Modifikation des Phosphodiester-Gerüsts des Nukleinsäuremoleküls (z. B. Kationenaustausch) mit dem Zweck, eine Peakverbreiterung aufgrund einer Heterogenität der pro Nukleotideinheit gebundenen Kationen zu verhindern. Durch Inkontaktbringen eines Nukleinsäuremoleküls mit einem Alkylierungsmittel, wie etwa Alkyliodid, Iodacetamid, β-Jodethanol oder 2,3-Epoxy-1-propanol, können die Monothiophosphodiesterbindungen eines Nukleinsäuremoleküls in eine Phosphotriesterbindung umgewandelt werden. Ebenso können Phosphodiesterbindungen unter Verwendung von Trialkylsilylchloriden in ungeladene Derivate umgewandelt werden. Weiter schließt die Konditionierung die Aufnahme von Nukleotiden ein, welche die Empfindlichkeit gegenüber einer Depurinierung (Fragmentierung während MS) verringern, z. B. ein Purin-Analogon, wie etwa N7- oder N9-Deazapurin-Nukleotide oder RNA-Bausteine oder die Verwendung von Oligonukleotidtriestem oder der Einbau von Phosphorthioatfunktionen, die alkyliert sind, oder die Verwendung von Oligonukleotidmimetika, wie etwa Peptidnukleinsäuren (PNA).As As used herein, refers to "conditioning" a nucleic acid the modification of the phosphodiester skeleton of the nucleic acid molecule (eg. Cation exchange) with the purpose of peak broadening due a heterogeneity to prevent the bound per nucleotide unit cations. By Contacting a nucleic acid molecule with a Alkylating agents such as alkyl iodide, iodoacetamide, β-iodoethanol or 2,3-epoxy-1-propanol the monothiophosphodiester bonds of a nucleic acid molecule into a Phosphotriesterbindung be converted. Similarly, phosphodiester bonds using trialkylsilyl chlorides in uncharged derivatives being transformed. Next, the conditioning closes the Uptake of nucleotides, the sensitivity to a Depurination (fragmentation during Reduce MS), z. A purine analog, such as N7 or N9 deazapurine nucleotides or RNA building blocks or the use of oligonucleotide triesters or the incorporation of phosphorothioate functions which are alkylated, or the use of oligonucleotide mimetics, such as peptide nucleic acids (PNA).

Wie hierin verwendet, bezieht sich Substrat auf einen unlöslichen Träger, auf dem eine Probe entsprechend den hierin beschriebenen Materialien abgelagert ist. Beispiele für geeignete Substrate sind unter anderem Perlen (z. B. Silicagel, Glas mit kontrollierten Poren, Magnete, Agarosegele und quervernetzte Dextrosen (d. h. Sepharose und Sephadex, Zellulose und andere Materialien, von denen der Fachmann weiß, dass sie als feste Trägermatrizen dienen. Beispielsweise können Substrate aus beliebigen der folgenden oder Kombinationen davon gebildet werden: Silicagel, Glas, Magnet, Polystyrol/1% Divinylbenzolharze, wie etwa Wang-Harze, welche Fmoc-Aminosäure-4-(Hydroxymethyl)phenoxymethylcopoly(styrol-1% divinylbenzol (DVD)) Harz, Chlortrityl (2-Chlortritylcloridcopolystyrol-DVB-Harz) Harz sind, Merrifield (chlormethyliertes Copolystyrol-DVB)-Harz, Metall, Kunststoff, Zellulose, quervernetzte Dextrane, wie etwa solche, die unter dem Handelsnamen Sephadex vertrieben werden (Pharmacia), und Agarosegel, wie etwa Gele, die unter dem Handelsnamen Sepharose (Pharmacia) vertrieben werden, wobei es sich um Argarosegele vom Polysaccharidtyp mit Wasserstoffbindungen handelt, und andere derartige Harze und Festphasenträger, die einem Fachmann bekannt sind. Die Trägermatrizen können in beliebiger Gestalt oder Form vorliegen, einschließlich aber nicht eingeschränkt auf: Kapillaren, flache Träger wie etwa Glasfaserfilter, Glasoberflächen, Metalloberflächen (Stahl, Gold, Silber, Aluminium, Kupfer und Silizium), Kunststoffmaterialien einschließlich Multiwellplatten oder -membranen (z. B. aus Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyvinylidendifluorid), Stifte (z. B. Anordnungen von Stiften, die für die kombinatorische Synthese oder Analyse geeignet sind oder Perlen in Vertiefungen flacher Oberflächen wie etwa von Wafern (z. B. Siliziumwafer) mit oder ohne Platten und Perlen.As As used herein, substrate refers to an insoluble one Carrier, on which a sample corresponding to the materials described herein is deposited. examples for suitable substrates include pearls (e.g., silica gel, Glass with controlled pores, magnets, agarose gels and cross-linked Dextrose (i.e., Sepharose and Sephadex, cellulose and other materials, which the expert knows that they are solid carrier matrices serve. For example, you can Substrates of any of the following or combinations thereof silica gel, glass, magnet, polystyrene / 1% divinylbenzene resin, such as Wang resins containing Fmoc-amino acid 4- (hydroxymethyl) phenoxymethylcopoly (styrene-1% divinylbenzene (DVD)) Resin, chlorotrityl (2-chlorotrityl-chloride-copystyrene-DVB-resin) Resin, Merrifield (chloromethylated copolystyrene DVB) resin, Metal, plastic, cellulose, cross-linked dextrans, such as those sold under the trade name Sephadex (Pharmacia), and agarose gels, such as gels, sold under the trade name Sepharose (Pharmacia), which are argarose gels from Polysaccharide type with hydrogen bonds, and other such Resins and solid phase supports, which are known to a person skilled in the art. The carrier matrices can be in any shape or shape, including but not limited on: capillaries, flat straps such as glass fiber filters, glass surfaces, metal surfaces (steel, Gold, silver, aluminum, copper and silicon), plastic materials including Multiwell plates or membranes (eg made of polyethylene, polypropylene, Polyamide, polyvinylidene difluoride), pens (e.g., arrays of Pens for the combinatorial synthesis or analysis are suitable or beads in depressions of flat surfaces such as wafers (eg, silicon wafers) with or without plates and pearls.

Wie hierin verwendet, ist ein selektiv spaltbarer Linker ein Linker, der unter bestimmten Bedingungen gespalten wird, wie etwa ein photospaltbarer Linker, ein chemisch spaltbarer Linker und ein enzymatisch spaltbarer Linker (d. h. eine Restriktionsendonukleasestelle oder ein Ribonukleotid/RNaseverdau). Der Linker ist zwischen dem Träger und immobilisierter DNA positioniert.As used herein, a selectively cleavable linker is a linker, which is cleaved under certain conditions, such as a photocleavable one Linker, a chemically cleavable linker and an enzymatically cleavable Linker (i.e., a restriction endonuclease site or a ribonucleotide / RNase digest). The linker is between the carrier and immobilized DNA.

Isolierung von NukleinsäuremolekülenIsolation of Nucleic Acid Molecules

Nukleinsäuremoleküle können aus einer bestimmten biologischen Probe unter Verwendung einer Reihe von Verfahren, die im Fachbereich bekannt sind, isoliert werden, wobei das bestimmte ausgewählte Isolierungsverfahren für die bestimmte biologische Probe geeignet ist. Beispielsweise können Gefriertrocknen und alkalische Lyseverfahren nützlich sein, um Nukleinsäuremoleküle aus festen Materialien zu erhalten; Hitze und alkalische Lyseverfahren können nützlich sein, um Nukleinsäuremoleküle aus Urin zu erhalten und Proteinase K-Extraktion kann verwendet werden, um Nukleinsäure aus Blut zu erhalten (siehe z. B. Rolff et al. (1994) PCR: Clinical Diagnostics and Research, Springer).Nucleic acid molecules can be made a particular biological sample using a series isolated by methods known in the art, being the particular one selected Insulation method for the particular biological sample is suitable. For example, freeze drying and alkaline lysis procedures useful be firm to nucleic acid molecules To obtain materials; Heat and alkaline lysis procedures can be useful to nucleic acid molecules from urine to obtain and Proteinase K extraction can be used to nucleic acid from blood (see, eg, Rolff et al. (1994) PCR: Clinical Diagnostics and Research, Springer).

Um eine geeignete Menge an Nukleinsäuremolekülen zu erhalten, an denen Massenspektrometrie durchgeführt werden soll, ist möglicherweise eine Amplifikation erforderlich. Beispiele für geeignete Amplifikationsverfahren, die hierin verwendet werden können sind u. a.: Klonierung (Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor, Laboratory Press, 1989), Polymerasekettenreaktion (PCR) (C. R. Newton und A. Graham, PCR, BIOS Publishers, 1994), Ligasekettenreaktion (LCR) (siehe z. B. Weidmann et. al. (1994) PCR Methods Appl. Band 3, S. 57–64; F. Barany (1991) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 88:189–93), Strangaustauschamplifikation (SDA) (siehe z. B. Walker et al. (1994) Nucleic Acids Res. 22:2670–77) und Variationen wie etwa RT-PCR (siehe z. B. Higuchi et al. (1993) Bio/Technology 11:1026–1030), Allel-spezifische Amplifikation (ASA) und transkriptionsbasierte Verfahren.In order to obtain a suitable amount of nucleic acid molecules to which mass spectrometry is to be performed, amplification may be required. Examples of suitable amplification methods that can be used herein include: cloning (Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor, Laboratory Press, 1989), polymerase chain reaction (PCR) (CR Newton and A. Graham, PCR , BIOS Publishers, 1994), ligase chain reaction (LCR) (see, for example, Weidmann et. al. (1994) PCR Methods Appl. Volume 3, pp. 57-64; F. Barany (1991) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 189-93), strand exchange amplification (SDA) (see, e.g., Walker et al (1994) Nucleic Acids Res. 22: 2670-77) and variations such as RT-PCR (see, e.g., Higuchi et (1993) Bio / Technology 11: 1026-1030), allele-specific amplification (ASA) and transcription-based methods.

Immobilisierung von Nukleinsäuremolekülen an festen TrägernImmobilization of Nucleic Acid Molecules to Solid carriers

Um die massenspektrometrische Analyse zu erleichtern, kann ein Nukleinsäuremolekül, das eine Nukleinsäuresequenz enthält, die nachgewiesen werden soll, an einem unlöslichen (d. h. einem festen) Träger immobilisiert werden. Beispiele für geeignete feste Träger sind u. a. Perlen (z. B. Silikagel, Glas mit kontrollierten Poren, Magnete, Sephadex/Sepharose, Cellulose), Kapillaren, flache Träger wie etwa Glasfaserfilter, Glasoberflächen, Metalloberflächen (Stahl, Gold, Silber, Aluminium, Kupfer und Silizium), Kunststoffmaterialien einschließlich Multiwellplatten oder -membranen (z. B. aus Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyvinylidendifluorid), Stifte (z. B. Arrays von Stiften, die für die kombinatorische Synthese oder Analyse geeignet sind oder Perlen in Vertiefungen flacher Oberflächen wie etwa Wafer (z. B. Siliziumwafer) mit oder ohne Filterplatten. Proben, welche Ziel-Nukleinsäuren enthalten, können durch beliebige zahlreicher Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, auf feste Träger übertragen werden. Beispielsweise können Nukleinsäureproben in einzelne Wells eines Substrats, z. B. eines Siliziumchips, übertragen werden, manuell oder unter Verwendung eines Nadel-Mikrodosiergeräts, wie hierin beschrieben. Alternativ kann hierzu ein piezoelektrisches Pipettiergerät zur Übertragung kleiner Nanoliter-Proben an Substrat verwendet werden, was die Durchführung von miniaturisierten Hochdurchsatzanalysen auf einem Chip ermöglicht.Around To facilitate mass spectrometric analysis, a nucleic acid molecule having a nucleic acid sequence contains which is to be detected on an insoluble (ie solid) Carrier immobilized become. examples for suitable solid carriers are u. a. Pearls (eg silica gel, glass with controlled pores, Magnets, Sephadex / Sepharose, cellulose), capillaries, flat supports such as about glass fiber filters, glass surfaces, metal surfaces (Steel, gold, silver, aluminum, copper and silicon), plastic materials including multiwell plates or membranes (eg of polyethylene, polypropylene, polyamide, Polyvinylidene difluoride), pens (eg, arrays of pens used for combinatorial Synthesis or analysis are suitable or beads in wells flat surfaces such as wafers (eg, silicon wafers) with or without filter plates. Samples containing target nucleic acids can contain by any of numerous methods known to those skilled in the art are transferred to solid carriers become. For example, you can nucleic acid samples into individual wells of a substrate, e.g. B. a silicon chip transferred be manually or using a needle microdispenser, such as described herein. Alternatively, this may be a piezoelectric pipetting for transmission Small nanoliter samples can be used on substrate, resulting in the implementation of miniaturized high-throughput analysis on a chip.

Die Immobilisierung kann beispielsweise auf Grundlage einer Hybridisierung zwischen einer Einfang-Nukleinsäuresequenz, die bereits an dem Träger immobilisiert ist und einer komplementären Nukleinsäuresequenz, die ebenfalls in dem Nukleinsäuremolekül, welches die nachzuweisende Nukleinsäuresequenz enthält, enthalten ist, erfolgen (1A). Damit die Hybridisierung zwischen den komplementären Nukleinsäuremolekülen nicht durch den Träger behindert wird, kann die Einfang-Nukleinsäure z. B. eine Spacer-Region mit einer Länge von wenigstens etwa fünf Nukleotiden zwischen dem festen Träger und der Einfang-Nukleinsäuresequenz enthalten. Die gebildete Duplex wird unter dem Einfluss des Laserpulses gespalten und die Desorption kann ausgelöst werden. Das an den festen Träger gebundene Nukleinsäuremolekül kann durch natürliche Oligoribo- oder Oligodesoxyribonukleotide sowie Analoga (z. B. mit Thio-modifiziertem Phosphodiester- oder Phosphotriestergerüst) oder durch Einsatz von Oligonukleotidmimetika wie etwa PNA-Analoga (siehe z. B. Nielsen et al. (1991), Science 254:1497) welche die Basensequenz weniger empfindlich gegenüber einem enzymatischen Abbau machen, und eine gebundene Einfangbasensequenz dargestellt werden.The immobilization can be carried out, for example, on the basis of a hybridization between a capture nucleic acid sequence which is already immobilized on the support and a complementary nucleic acid sequence which is likewise contained in the nucleic acid molecule which contains the nucleic acid sequence to be detected. 1A ). Thus, the hybridization between the complementary nucleic acid molecules is not hindered by the carrier, the capture nucleic acid z. A spacer region of at least about five nucleotides in length between the solid support and the capture nucleic acid sequence. The formed duplex is split under the influence of the laser pulse and the desorption can be triggered. The nucleic acid molecule bound to the solid support may be by natural oligoribo- or oligodeoxyribonucleotides as well as analogs (eg, with thio-modified phosphodiester or phosphotriester backbone) or by use of oligonucleotide mimetics, such as PNA analogs (see, eg, Nielsen et al. (1991), Science 254: 1497) which make the base sequence less susceptible to enzymatic degradation and a bound capture base sequence.

Linkerleft

Eine Ziel-Nachweisstelle kann direkt über eine reversible oder irreversible Bindung zwischen einer geeigneten Funktionalität (L') im Zielnukleinsäuremolekül (T) und einer geeigneten Funktionalität (L) im Einfangmolekül an einen festen Träger gebunden sein (1B). Eine reversible Verknüpfung kann derart sein, dass sie unter den Bedingungen der Massenspektrometrie gespalten wird (d. h. eine photospaltbare Bindung wie etwa ein Chargetransfer-Komplex oder eine labile Bindung, die zwischen relativ stabilen organischen Resten gebildet ist).A target detection site may be bound directly to a solid support via a reversible or irreversible bond between a suitable functionality (L ') in the target nucleic acid molecule (T) and a suitable functionality (L) in the capture molecule ( 1B ). A reversible linkage may be such that it is cleaved under the conditions of mass spectrometry (ie, a photocleavable bond such as a charge-transfer complex or a labile bond formed between relatively stable organic residues).

Photospaltbare Linker sind Linker, die bei Einwirkung von Licht gespalten werden (siehe z. B. Goldmacher et al. (1992) Bioconj. Chem. 3:104–107), wodurch das als Ziel gesetzte Mittel bei Einwirkung von Licht freigesetzt wird. Photospaltbare Linker, die bei Einwirkung von Licht gespalten werden, sind bekannt (siehe z. B. Hazum et. al. (1981) in Pept. Proc. Eur. Pept. Symp., 16., Brunfeldt, K (Hrsg.), S. 105–110, welche die Verwendung einer Nitrobenzylgruppe als photospaltbare Schutzgruppe für Cystein beschreiben; Yen et al. (1989) Makromol. Chem. 190:69–82, welcher wasserlösliche photospaltbare Copolymere einschließlich Hydroxypropylmethacrylamid-Copolymer, Glycin-Copolymer, Fluorescein-Copolymer und Methylrhodamin-Copolymer beschreibt; Goldmacher et al. (1992) Bioconj. Chem. 3:104–107, welcher ein Vernetzungsmittel und Reagenz beschreibt, das bei Einwirkung von nahem UV-Licht (350 nm) einem photolytischen Abbau unterliegt; und Senter et al. (1985) Photochem. Photobiol 42:231–237, welcher Nitrobenzyloxycarbonylchlorid-Quervernetzungsreagenzien, die photospaltbare Verknüpfungen bilden, beschreibt), wodurch das als Ziel gesetzte Mittel bei Einwirkung von Licht freigesetzt wird. In bevorzugten Ausführungen wird die Nukleinsäure unter Verwendung der photospaltbaren Linkergruppe, die während der Massenspektrometrie gespalten wird, immobilisiert. Hier bevorzugte photospaltbare Linker sind in den Beispielen genannt.photocleavable Linkers are linkers that are cleaved upon exposure to light (See, e.g., Goldmacher et al., (1992) Bioconj. Chem., 3: 104-107), whereby the targeted agent released upon exposure to light becomes. Photocleavable linkers which cleave upon exposure to light are known (see, for example, Hazum et al (1981) in Pept. Proc. Eur. Pept. Symp., 16th, Brunfeldt, K (ed.), Pp. 105-110, which the use of a nitrobenzyl group as a photocleavable protecting group for cysteine describe; Yen et al. (1989) Macromol. Chem. 190: 69-82, which water-soluble photocleavable copolymers including hydroxypropyl methacrylamide copolymer, Glycine copolymer, fluorescein copolymer and methylrhodamine copolymer describes; Goldmacher et al. (1992) Biocon. Chem. 3: 104-107, which describes a crosslinking agent and reagent when exposed of near UV light (350 nm) is subject to photolytic degradation; and Senter et al. (1985) Photochem. Photobiol 42: 231-237, which Nitrobenzyloxycarbonyl chloride cross-linking reagents that photocleavable connections form), whereby the targeted agent upon exposure is released by light. In preferred embodiments, the nucleic acid is under Use of the photocleavable linker group which occurs during the Mass spectrometry is cleaved, immobilized. Here preferred photocleavable linkers are mentioned in the examples.

Außerdem kann die Verknüpfung gebildet werden, wenn L' eine quaternäre Ammoniumgruppe ist, wobei in diesem Fall die Oberfläche des festen Trägers vorzugsweise negative Ladungen trägt, die das negativ geladene Nukleinsäuregerüst abstoßen, und so die zur Analyse mittels Massenspektrometer erforderliche Desorption erleichtern. Die Desorption kann entweder durch die von dem Laserpuls erzeugte Wärme und/oder abhängig von L' durch spezifische Absorption von Laserenergie, welche in Resonanz mit dem L' Chromophor ist, erfolgen.In addition, the linkage can be formed when L 'is a quaternary ammonium group where in this case, the surface of the solid support preferably carries negative charges which repel the negatively charged nucleic acid backbone, thus facilitating the desorption required for analysis by mass spectrometry. The desorption can be done either by the heat generated by the laser pulse and / or dependent on L 'by specific absorption of laser energy which is in resonance with the L' chromophore.

Somit kann die L-L'-Chemie vom Typ einer Disulfidbindung sein (chemisch spaltbar, beispielsweise durch Mercaptoethanol oder Dithioerythrol), eines Biotin/Streptavidin-Systems, eines heterobifunktionalen Derivats einer Tritylethergruppe (siehe z. B. Köster et. al. (1990) „A Versatile Acid-Labile Linker for Modification of Synthtic Biomolecules, Tetrahedron Letters 31:7095), die unter schwach sauren Bedingungen sowie unter den Bedingungen der Massenspektrometrie gespalten werden kann, einer Levulinyl-Gruppe, die unter fast neutralen Bedingungen mit Hydrazinium/Azetat-Puffer gespalten werden kann, einer Arginin/Arginin- oder Lysin/Lysin-Bindung, die durch ein Endopeptidase-Enzym wie etwa Trypsin gespalten werden kann oder einer Pyrophosphatbindung, die durch eine Pyrophosphatase gespalten werden kann oder einer Ribonukleotidbindung innerhalb der Oligodesoxynukleotidsequenz, die beispielsweise durch eine Ribonuklease oder Alkali gespalten werden kann.Consequently can the L-L'-chemistry be of the type of a disulfide bond (chemically cleavable, for example by Mercaptoethanol or dithioerythrol), a biotin / streptavidin system, a heterobifunctional Derivatives of a trityl ether group (see, for example, Köster et al., (1990) "A Versatile Acid-Labile Linker for Modification of Synthetic Biomolecules, Tetrahedron Letters 31: 7095), which under weakly acidic conditions as well as under the Conditions of mass spectrometry can be split, one Levulinyl group operating under near-neutral conditions with hydrazinium / acetate buffer an arginine / arginine or lysine / lysine bond, which are cleaved by an endopeptidase enzyme such as trypsin or a pyrophosphate bound by a pyrophosphatase can be cleaved or a ribonucleotide bond within the oligodeoxynucleotide sequence, for example, by a ribonuclease or alkali can be cleaved.

Die Funktionalitäten L und L' können auch einen Chargetransfer-Komplex bilden und dadurch die zeitweilige L-L'-Verknüpfung bilden. Da in vielen Fällen die „Chargetransfer-Bande" durch UV/vis-Spektrometrie nachgewiesen werden kann (siehe z. B. Organic Charge Transfer Complexes by R. Foster, Academic Press, 1969), kann die Laserenergie auf die entsprechende Energie der Chargetransfer-Wellenlänge eingestellt werden und somit kann eine spezifische Desorption von dem festen Träger ausgelöst werden. Ein Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Kombinationen diesem Zweck dienen können und dass die Donor-Funktionalität entweder an den festen Träger oder an das nachzuweisende Nukleinsäuremolekül gekoppelt sein kann oder umgekehrt.The functionalities L and L 'can too form a charge transfer complex and thereby the temporary Forming L-L'linkage. Because in many cases the "Charge transfer band" detected by UV / vis spectrometry can be used (see, for example, Organic Charge Transfer Complexes by R. Foster, Academic Press, 1969), the laser energy can be applied to the corresponding Charge transfer wavelength energy set be and thus a specific desorption of the solid carrier triggered become. A person skilled in the art will recognize that different combinations serve this purpose and that the donor functionality is either to the solid support or may be coupled to the nucleic acid molecule to be detected or vice versa.

Bei noch einem weiteren Ansatz kann eine reversible L-L'-Verknüpfung durch homolytische Bildung relativ stabiler Radikale erzeugt werden. Unter dem Einfluss des Laserpulses erfolgt Desorption (wie oben diskutiert) sowie Ionisierung am Ort der Radikalposition. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere organische Radikale gewählt werden können, und dass eine Laserwellenlänge gewählt werden kann, die den für die homolytische Spaltung der Bindung zwischen ihnen benötigten Dissoziationsenergien entspricht (siehe z. B. Reactive Molecules von C. Wentrup, John Wiley & Sons, 1984).at Yet another approach may be a reversible L-L'linkage homolytic formation of relatively stable radicals are generated. Under the influence of the laser pulse is desorption (as discussed above) and ionization at the site of the radical position. An expert will recognize that other organic radicals can be chosen, and that a laser wavelength chosen that can be the one for the homolytic cleavage of the bond between them requires dissociation energies (See, for example, Reactive Molecules by C. Wentrup, John Wiley & Sons, 1984).

Eine Ankerfunktion L' kann auch in eine Zieleinfangsequenz (TCS) unter Verwendung geeigneter Primer während eines Am plifikationsverfahrens eingebaut werden, wie etwa PCR (4), LCR (5) oder Transkriptionsamplifikation (6A).An anchor function L 'can also be incorporated into a target capture sequence (TCS) using appropriate primers during an amplification process, such as PCR ( 4 ), LCR ( 5 ) or transcription amplification ( 6A ).

Wenn die Exonuklease-Sequenzierung unter Verwendung von MALDI-TOF MS durchgeführt wird, so wird ein einzelsträngiges DNA-Molekül, das über sein 5'-Ende an einen festen Träger immobilisiert ist, in einer Richtung mit einer 3'-prozessierenden Exonuklease abgebaut und das Molekulargewicht des abgebauten Nukleotids wird sequenziell bestimmt. Reverse Sanger-Sequenzierung ergibt die Nukleotidsequenz der immobilisierten DNA. Durch Hinzufügen eines selektiv spaltbaren Linkers kann nicht nur die Masse der freien Nukleotide bestimmt werden, sondern bei Entfernung der Nukleotide durch Waschen kann auch die Masse des verbleibenden Fragments nach der Spaltung der DNA vom festen Träger durch MALDI-TOF bestimmt werden. Unter Verwendung selektiv spaltbarer Linker wie etwa der hierin bereitgestellten photospaltbaren und chemisch spaltbaren Linker kann diese Spaltung so gewählt werden, dass sie während der Ionisierungs- und Verdampfungsschritte der MALDI-TOF erfolgt. Dasselbe Grundprinzip trifft für einen 5'-immobilisierten Strang einer doppelsträngigen DNA zu, der abgebaut wird, während er als Duplex vorliegt. Ebenso trifft dies auch zu, wenn eine 5'-prozessierende Exonuklease verwendet wird und die DNA über das 3'-Ende an den festen Träger immobilisiert ist.If exonuclease sequencing using MALDI-TOF MS carried out becomes, so is a single-stranded DNA molecule the above its 5'-end on a solid carrier immobilized in one direction with a 3 'processing exonuclease degraded and the molecular weight of the degraded nucleotide becomes sequential certainly. Reverse Sanger sequencing yields the nucleotide sequence the immobilized DNA. By adding a selectively fissile Linker can not only determine the mass of free nucleotides but can be removed by washing the nucleotides also the mass of the remaining fragment after the splitting of the DNA from the solid support determined by MALDI-TOF. Using selectively cleavable Linkers such as the photocleavable and provided herein chemically cleavable linker this cleavage can be chosen so that they are during the ionization and evaporation steps of the MALDI-TOF takes place. The same basic principle applies to a 5'-immobilized Strand of a double-stranded DNA degraded while he is present as a duplex. This is also true when a 5'-processing exonuclease is used and the DNA over the 3'-end to the immobilized solid support is.

Wie angemerkt, sind hier wenigstens drei Arten der Immobilisierung vorgesehen: 1) die Zielnukleinsäure wird amplifiziert oder gewonnen (die Zielsequenz oder umgebende DNA-Sequenz muss bekannt sein, um Primer herzustellen, zur Amplifikation oder Isolierung); 2) die Primer-Nukleinsäure wird an dem festen Träger immobilisiert und die Zielnukleinsäure wird daran hybridisiert (dies dient zum Nachweis des Vorliegens von oder zur Sequenzierung einer Zielsequenz in einer Probe); oder 3) eine doppelsträngige DNA (amplifiziert oder isoliert) wird durch Verknüpfung mit einem vorbestimmten Strang immobilisiert, die DNA wird denaturiert, um die Duplex zu beseitigen und dann wird eine hohe Konzentration an komplementärem Primer oder einer DNA mit Identität stromaufwärts der Zielstelle hinzugefügt, es erfolgt ein Strangaustausch und der Primer wird an den immobilisierten Strang hybridisiert.As noted, at least three types of immobilization are provided here: 1) the target nucleic acid is amplified or recovered (the target sequence or surrounding DNA sequence must be known to make primers for amplification or insulation); 2) the primer nucleic acid is immobilized on the solid support and the target nucleic acid is hybridized thereto (this is to demonstrate the presence from or for sequencing a target sequence in a sample); or 3) a double-stranded one DNA (amplified or isolated) is made by linking with immobilized on a predetermined strand, the DNA is denatured, to eliminate the duplex and then becomes a high concentration at complementary It adds primer or DNA with identity upstream of the target site a strand exchange and the primer is attached to the immobilized strand hybridized.

In den Ausführungsformen, bei denen die Primer-Nukleinsäure an dem festen Träger immobilisiert ist und die Zielnukleinsäure daran hybridisiert wird, ermöglicht der Einbau des spaltbaren Linkers, dass die Primer-DNA an dem 5'-Ende immobilisiert wird, so dass freies 3'-OH für die Nukleinsäuresynthese (Extension) verfügbar ist und die Sequenz der „hybridisierten" Ziel-DNA bestimmt werden kann, da die hybridisierte Matrize durch Denaturierung entfernt werden kann und die verlängerten DNA-Produkte für die MALDI-TOF MS von dem festen Träger abgespalten werden können. Ebenso kann bei 3) der immobilisierte Strang verlängert werden, wenn er an die Matrize hybridisiert ist, und von dem Träger abgespalten werden. Somit können durch Sanger-Sequenzierung und die oben erläuterten Primer-Oligo-BasenExtension (PROBE) Extensionsreaktionen unter Verwendung eines immobilisierten Primers mit bekannter Stromaufwärts-DNA-Sequenz, die komplementär zu einer invariablen Region einer Zielsequenz ist, durchgeführt werden. Die Nukleinsäure von der Person wird gewonnen und die DNA-Sequenz einer variablen Region (Deletion, Insertion, Missense-Mutation, welche genetische Prädispositionen oder Erkrankungen hervorrufen oder das Vorhandensein viraler/bakterieller oder Pilz-DNA) wird nicht nur nachgewiesen, sondern die tatsächliche Sequenz und Position der Mutation werden auch bestimmt.In the embodiments, where the primer nucleic acid on the solid support immobilized and the target nucleic acid is hybridized thereto, allows incorporation of the cleavable linker that immobilizes the primer DNA at the 5 'end so that free 3'-OH for the nucleic acid synthesis (Extension) available and determines the sequence of the "hybridized" target DNA can be because the hybridized template removed by denaturation can be and the extended DNA products for the MALDI-TOF MS from the solid support can be split off. Likewise, in 3) the immobilized strand can be extended, when hybridized to the template and cleaved from the carrier become. Thus, you can by Sanger sequencing and the primer oligo base extension discussed above (PROBE) extension reactions using an immobilized Primers with known upstream DNA sequence, the complementary to an invariable region of a target sequence. The nucleic acid from the person is won and the DNA sequence of a variable Region (deletion, insertion, missense mutation, which genetic predispositions or cause disease or the presence of viral / bacterial or fungal DNA) is not only detected, but the actual Sequence and position of the mutation are also determined.

In anderen Fällen muss die Ziel-DNA immobilisiert und der Primer hybridisiert werden. Dies erfordert die Amplifikation einer längeren DNA auf Grundlage einer bekannten Sequenz und dann die Sequenzierung der immobilisierten Fragmente (d. h. die verlängerten Fragmente werden an den Träger hybridisiert, aber nicht wie oben beschrieben daran immobilisiert). In diesen Fällen ist es nicht wünschenswert, einen Linker einzubauen, da das MALDI-TOF-Spektrum von der hybridisierten DNA stammt.In other cases the target DNA must be immobilized and the primer hybridized. This requires the amplification of a longer DNA based on a known sequence and then the sequencing of the immobilized Fragments (i.e., the elongated Fragments are sent to the wearer hybridized but not immobilized as described above). In these cases it is not desirable to incorporate a linker since the MALDI-TOF spectrum hybridized DNA is from.

Es ist nicht erforderlich, die immobilisierte Matrize abzuspalten. Ein beliebiger Linker, von dem ein Fachmann weiß, dass er Nukleinsäuren an feste Träger immobilisiert, kann hier verwendet werden, um die Nukleinsäure an einen festen Träger zu verknüpfen. Die hier bevorzugten Linker sind die selektiv spaltbaren Linker, insbesondere solche, die hierin beispielhaft genannt sind. Andere Linker sind u. a. Säure-spaltbare Linker wie etwa Bismaleimidethoxypropan, säurelabile Trityllinker.It it is not necessary to split off the immobilized template. Any linker that a person skilled in the art knows will accept nucleic acids solid carriers immobilized, can be used here to attach the nucleic acid to a solid carrier to link. The preferred linkers herein are the selectively cleavable linkers, especially those exemplified herein. Other Linkers are u. a. Acid-cleavable Linker such as bismaleimide ethoxypropane, acid labile trityl linker.

Säure-spaltbare Linker, photospaltbare Linker und wärmeempfindliche Linker können ebenfalls verwendet werden, insbesondere dann, wenn es erforderlich sein kann, die angesteuerte Substanz abzuspalten, damit sie leichter für Reaktionen zugänglich ist. Säure-spaltbare Linker sind u. a., sind aber nicht beschränkt auf; Bismaleimidethoxypropan; Adipinsäuredihydrazid-Linker (siehe z. B. Fattom et al. (1992) Infecion & Immun. 60:584–589) sowie säurelabile Transferrin-Konjugate, die einen ausreichenden Abschnitt des Transferrins enthalten, damit ein Eintritt in den intrazellulären Transferrinkreislaufweg ermöglicht ist (siehe z. B. Welhöner et al. (1991) J. Biol. Chem. 266:4309–4314).Acid-cleavable Linkers, photocleavable linkers and thermosensitive linkers may also be used be used, especially when it may be necessary to split off the targeted substance, making it easier for reactions accessible is. Acid-cleavable Linkers are u. a., but are not limited to; bismaleimideothoxy propane; Adipic linker (see, for example, Fattom et al., (1992) Infecion & Immun. 60: 584-589) and acid labile Transferrin conjugates containing a sufficient portion of the transferrin included, thus allowing entry into the intracellular transferrin circulation pathway allows is (see, for example, Welhöner et al. (1991) J. Biol. Chem. 266: 4309-4314).

Photospaltbare LinkerPhotocleavable linker

Photospaltbare Linker werden bereitgestellt. Insbesondere werden photospaltbare Linker in Form ihrer Phosphoramidit-Derivate bereitgestellt, zur Verwendung bei der Festphasensynthese von Oligonukleotiden. Die Linker enthalten O-Nitrobenzylgruppen und Phosphatverknüpfungen, die eine vollständige photolytische Abspaltung der Konjugate innerhalb von Minuten bei UV-Bestrahlung ermöglichen. Die verwendeten UV-Wellenlängen werden so gewählt, dass die Oligonukleotide durch die Bestrahlung nicht beschädigt werden und sie liegen vorzugsweise bei etwa 350–380 nm, weiter bevorzugt bei 365 nm. Die hierin bereitgestellten photospaltbaren Linker besitzen eine vergleichbare Kopplungseffizienz zu üblicherweise verwendeten Phosphoamidit-Monomeren (siehe Sinha et al. (1983) Tetrahedron Lett. 24:5843–5846; Sinha et al. (1984) Nucleic Acids Res. 12:4539–4557; Beaucage et al. (1993) Tetrahedron 49:6123–6194; und Matteucci et al. (1981) J. Am. Chem. Soc. 103:3185–3191).photocleavable Linkers are provided. In particular, photocleavable Linker provided in the form of their phosphoramidite derivatives, for Use in the solid phase synthesis of oligonucleotides. The Linkers contain O-nitrobenzyl groups and phosphate linkages, the one complete photolytic cleavage of the conjugates within minutes Allow UV irradiation. The UV wavelengths used are chosen that the oligonucleotides are not damaged by the irradiation and are preferably at about 350-380 nm, more preferably 365 nm. The photocleavable linkers provided herein have a comparable coupling efficiency to commonly used phosphoamidite monomers (see Sinha et al., (1983) Tetrahedron Lett. 24: 5843-5846; Sinha et al. (1984) Nucleic Acids Res. 12: 4539-4557; Beaucage et al. (1993) Tetrahedron 49: 6123-6194; and Matteucci et al. (1981) J. Am. Chem. Soc. 103: 3185-3191).

In einer Ausführungsform besitzen die photospaltbaren Linker die Formel I:

Figure 00420001
worin R20 ω-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)alkyl oder ω-Hydroxyalkyl ist; R21 ausgewählt ist aus Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkoxycarbonyl, Aryloxycarbonyl und Carboxy; R22 Wasserstoff oder (Dialkylamino)(ω-cyanoalkoxy)P- ist; t 0–3 ist und R50 Alkyl, Alkoxy, Aryl oder Aryloxy ist.In one embodiment, the photocleavable linkers have the formula I:
Figure 00420001
wherein R 20 is ω- (4,4'-dimethoxytrityloxy) alkyl or ω-hydroxyalkyl; R 21 is selected from hydrogen, alkyl, aryl, alkoxycarbonyl, aryloxycarbonyl and carboxy; R 22 is hydrogen or (dialkylamino) (ω-cyanoalkoxy) P-; t is 0-3 and R 50 is alkyl, alkoxy, aryl or aryloxy.

In einer bevorzugten Ausführungsform haben die photospaltbaren Linker Formel II:

Figure 00430001
worin R20 ω-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)alkyl, ω-Hydroxyalkyl oder Alkyl ist; R21 ausgewählt ist aus Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkoxycarbonyl, Aryloxycarbonyl und Carboxy; R22 Wasserstoff oder (Dialkylamino)(ω-cyanoalkoxy)P- ist; und X20 Wasserstoff, Alkyl oder OR20 ist.In a preferred embodiment, the photocleavable linker formula II:
Figure 00430001
wherein R 20 is ω- (4,4'-dimethoxytrityloxy) alkyl, ω-hydroxyalkyl or alkyl; R 21 is selected from hydrogen, alkyl, aryl, alkoxycarbonyl, aryloxycarbonyl and carboxy; R 22 is hydrogen or (dialkylamino) (ω-cyanoalkoxy) P-; and X 20 is hydrogen, alkyl or OR 20 .

In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist R20 3-(4,4'-Dimethoxytrityloxy) propyl, 3-Hydroxypropyl oder Methyl; R21 ist ausgewählt aus Wasserstoff, Methyl und Carboxy; R22 ist Wasserstoff oder (Diisopropylamino)(2-cyanoethoxy)P-; und X20 ist Wasserstoff, Methyl oder OR20.In particularly preferred embodiments, R 20 is 3- (4,4'-dimethoxytrityloxy) propyl, 3-hydroxypropyl or methyl; R 21 is selected from hydrogen, methyl and carboxy; R 22 is hydrogen or (diisopropylamino) (2-cyanoethoxy) P-; and X 20 is hydrogen, methyl or OR 20 .

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist R20 3-(4,4'-Dimethoxytrityloxy) propyl; R21 ist Methyl; R22 ist (Diisopropylamino)(2-cyanoethoxy)P-; und X20 ist Wasserstoff. In einer anderen weiter bevorzugten Ausführungsform ist R20 Methyl; R21 ist Methyl, R22 ist (Diisopropylamino)(2-cyanoethoxy)P-; und X20 ist 3-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)propoxy.In a further preferred embodiment, R 20 is 3- (4,4'-dimethoxytrityloxy) propyl; R 21 is methyl; R 22 is (diisopropylamino) (2-cyanoethoxy) P-; and X 20 is hydrogen. In another more preferred embodiment, R 20 is methyl; R 21 is methyl, R 22 is (diisopropylamino) (2-cyanoethoxy) P-; and X 20 is 3- (4,4'-dimethoxytrityloxy) propoxy.

In einer weiteren Ausführungsform haben die photospaltbaren Linker Formel III:

Figure 00430002
worin R23 Wasserstoff oder (Dialkylamino)(ω-cyanoalkoxy)P- ist; und R24 ausgewählt ist aus ω-Hydroxyalkoxy, ω-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)alkoxy, ω-Hydroxyalkyl und ω- (4,4'-Dimethoxytrityloxy)alkyl und unsubstituiert oder an der Alkyl- oder Alkoxykette- mit einer oder mehreren Alkylgruppen substituiert ist; r und s jeweils unabhängig 0–4 sind und R50 Alkyl, Alkoxy, Aryl oder Aryloxy ist. In bestimmten Ausführungsformen ist R24 ω-Hydroxyalkyl oder ω-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)alkyl und an der Alkylkette mit einer Methylgruppe substituiert.In another embodiment, the photocleavable linker formula III:
Figure 00430002
wherein R 23 is hydrogen or (dialkylamino) (ω-cyanoalkoxy) P-; and R 24 is selected from ω-hydroxyalkoxy, ω- (4,4'-dimethoxytrityloxy) alkoxy, ω-hydroxyalkyl and ω- (4,4'-dimethoxytrityloxy) alkyl and unsubstituted or on the alkyl or alkoxy chain with one or more substituted by several alkyl groups; each of r and s is independently 0-4 and R 50 is alkyl, alkoxy, aryl or aryloxy. In certain embodiments, R 24 is ω-hydroxyalkyl or ω- (4,4'-dimethoxytrityloxy) alkyl and substituted on the alkyl chain with a methyl group.

In bevorzugten Ausführungsformen ist R23 Wasserstoff oder (Diisopropylamino)(2-cyanoethoxy)P-; und R24 ist ausgewählt aus 3-Hydroxypropoxy, 3-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)propoxy, 4-Hydroxybutyl, 3-Hydroxy-1-propyl, 1-Hydroxy-2-propyl, 3-Hydroxy-2-methyl-1-propyl, 2-Hydroxyethyl, Hydroxymethyl, 4-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)butyl, 3-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)-1-propyl, 2-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)ethyl, 1-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)-2-propyl, 3-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)-2-methyl-1-propyl und 4,4'-Dimethyloxytrityloxymethyl.In preferred embodiments, R 23 is hydrogen or (diisopropylamino) (2-cyanoethoxy) P-; and R 24 is selected from 3-hydroxypropoxy, 3- (4,4'-dimethoxytrityloxy) propoxy, 4-hydroxybutyl, 3-hydroxy-1-propyl, 1-hydroxy-2-propyl, 3-hydroxy-2-methyl 1-propyl, 2-hydroxyethyl, hydroxymethyl, 4- (4,4'-dimethoxytrityloxy) butyl, 3- (4,4'-dimethoxytrityloxy) -1-propyl, 2- (4,4'-dimethoxytrityloxy) ethyl, 1 - (4,4'-dimethoxytrityloxy) -2-propyl, 3- (4,4'-dimethoxytrityloxy) -2-methyl-1-propyl and 4,4'-dimethyloxytrityloxymethyl.

In stärker bevorzugten Ausführungsformen ist R23 (Diisopropylamino)(2-cyanoethoxy)P-; r und s sind 0; und R24 ist ausgewählt aus 3-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)-propoxy, 4-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)butyl, 3-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)propyl, 2-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)ethyl, 1-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)-2-propyl, 3-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)-2-methyl-1-propyl und 4,4'-Dimethyloxytrityloxymethyl. R24 ist am meisten bevorzugt 3-(4,4'-Dimethoxytrityloxy)propoxy.In more preferred embodiments, R 23 is (diisopropylamino) (2-cyanoethoxy) P-; r and s are 0; and R 24 is selected from 3- (4,4'-dimethoxytrityloxy) propoxy, 4- (4,4'-dimethoxytrityloxy) butyl, 3- (4,4'-dimethoxytrityloxy) propyl, 2- (4,4 ' -Dimethoxytrityloxy) ethyl, 1- (4,4'-dimethoxytrityloxy) -2-propyl, 3- (4,4'-dimethoxytrityloxy) -2-methyl-1-propyl and 4,4'-dimethyloxytrityloxymethyl. R 24 is most preferably 3- (4,4'-dimethoxytrityloxy) propoxy.

Herstellung der photospaltbaren LinkerPreparation of photocleavable left

A. Herstellung photospaltbarer Linker der Formel I oder II.A. Preparation of photocleavable linker of the formula I or II.

Photospaltbare Linker der Fomel I oder II können durch die nachstehend beschriebenen Verfahren, durch kleinere Veränderungen der Verfahren, durch Auswahl der geeigneten Ausgangsmaterialien oder durch beliebige andere Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt werden. Ausführliche Vorgehensweisen zur Synthese photospaltbarer Linker der Formel II sind in den Beispielen bereitgestellt.Photocleavable linkers of formula I or II may be prepared by the methods described below, by minor alterations of the methods, by selection of the appropriate starting materials or by any other methods known to those skilled in the art. Detailed procedure For the synthesis of photocleavable linkers of the formula II are provided in the examples.

In den photospaltbaren Linkern der Formel II, worin X20 Wasserstoff ist, können die Linker auf folgende Weise hergestellt werden. Alkylierung von 5-Hydroxy-2- nitrobenzaldehyd mit ω-Hydroxyalkylhalogenid, z. B. 3-Hydroxypropylbromid, gefolgt von Schützen des resultierenden Alkohols als z. B. Silylether ergibt einen 5-(ω-Silyloxyalkoxy)-2-nitrobenzaldehyd. Das Hinzufügen einer organometallischen Substanz zu dem Aldehyd liefert einen Benzylalkohol. Organometallische Substanzen, die verwendet werden können, sind u. a. Trialkylaluminium (für Linker, in denen R21 Alkyl ist) wie etwa Trimethylaluminium, Borhydride (für Linker, bei denen R21 Wasserstoff ist) wie etwa Natriumborhydrid oder Metallcyanide (für Linker, bei denen R21 Carboxy- oder Alkoxycarbonyl ist) wie etwa Kaliumcyanid. Bei Metallcyaniden würde das Reaktionsprodukt, ein Cyanhydrin, anschließend unter entweder sauren oder basischen Bedingungen in Gegenwart von entweder Wasser oder einem Alkohol hydrolysiert, um die Verbindungen von Interesse zu erhalten.In the photocleavable linkers of formula II wherein X 20 is hydrogen, the linkers can be prepared in the following manner. Alkylation of 5-hydroxy-2-nitrobenzaldehyde with ω-hydroxyalkyl halide, e.g. 3-hydroxypropyl bromide, followed by protection of the resulting alcohol as e.g. B. Silyl ether gives a 5- (ω-silyloxyalkoxy) -2-nitrobenzaldehyde. Addition of an organometallic substance to the aldehyde yields a benzyl alcohol. Organometallic substances that may be used include trialkylaluminum (for linkers where R 21 is alkyl) such as trimethylaluminum, borohydrides (for linkers where R 21 is hydrogen) such as sodium borohydride or metal cyanides (for linkers where R 21 is carboxy or alkoxycarbonyl) such as potassium cyanide. For metal cyanides, the reaction product, a cyanohydrin, would then be hydrolyzed under either acidic or basic conditions in the presence of either water or an alcohol to obtain the compounds of interest.

Die Silylgruppe an der Seitenkette der resultierenden Benzylalkohole kann dann gegen eine 4,4'-Dimethoxytritylgruppe ausgetauscht werden, mittels Desilylierung mit z. B. Tetrabutylamoniumfluorid, um den entsprechenden Alkohol zu erhalten und anschließende Umsetzung mit 4,4'-Dimethoxytritylchlorid. Umsetzung mit z. B. 2-Cyanoethyldiisopropylchlorphosphoramidit liefert Linker, in denen R22 (Dialkylamino)(ω-cyanoalkoxy)P- ist.The silyl group on the side chain of the resulting benzyl alcohols can then be exchanged for a 4,4'-dimethoxytrityl group, by desilylation with e.g. B. Tetrabutylamoniumfluorid to obtain the corresponding alcohol and subsequent reaction with 4,4'-dimethoxytrityl chloride. Implementation with z. B. 2-Cyanoethyl diisopropylchlorophosphoramidite provides linkers in which R 22 is (dialkylamino) (ω-cyanoalkoxy) P-.

Ein spezifisches Beispiel einer Synthese eines photospaltbaren Linkers der Formel II ist in dem folgenden Schema gezeigt, welches auch die Verwendung des Linkers bei der Oligonukleotidsynthese zeigt. Dieses Schema soll nur der Veranschaulichung dienen und in keiner Weise den Rahmen der Erfindung einschränken. Experimentelle Einzelheiten dieser synthetischen Umwandlungen sind in den Beispielen bereitgestellt.One specific example of a synthesis of a photocleavable linker of the formula II is shown in the following scheme, which also shows the use of the linker in oligonucleotide synthesis. This scheme is intended to be illustrative only and not in any Way restrict the scope of the invention. Experimental details These synthetic transformations are provided in the examples.

Figure 00460001
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Bei der Synthese der Linker der Formel II, worin X20 OR20 ist, wird 3,4-Dihydroxyacetophenon selektiv an dem 4-Hydroxyl durch Umsetzung mit z. B. Kaliumcarbonat und einem Silylchlorid geschützt. Anstelle des Acetophenons können Benzoatester, Propiophenone, Butyrophenone, etc. verwendet werden. Das resultierende 4-Silyloxy-3-hydroxyacetophenon wird dann an dem 3-Hydroxyl mit einem Alkylhalogenid (für Linker, bei denen R20 Alkyl ist) alkyliert und desilyliert mit z. B. Tetrabutylamoniumfluorid, um ein 3-Alkoxy-4-hydroxyacetophenon zu erhalten. Diese Verbindung wird dann an dem 4-Hydroxyl alkyliert, durch Umsetzung mit einem ω-Hydroxyalkylhalogenid, z. B. 3-Hydroxypropylbromid, um ein 4-(ω-Hydroxyalkoxy)-3-alkoxyacetophenon zu erhalten. Der Seitenkettenalkohol wird dann als Ester, z. B. Acetat, geschützt. Diese Verbindung wird dann an der 5-Position nitriert, z. B. mit konzentrierter Salpetersäure, um die entsprechenden 2-Nitroacetophenone zu erhalten. Die Verseifung des Seitenkettenesters mit z. B. Kaliumcarbonat und Reduktion des Ketons z. B. mit Natriumborhydrid in beliebiger Reihenfolge ergibt einen 2-Nitro-4-(ω-hydroxyalkoxy)-5-alkoxybenzylalkohol.In the synthesis of the linkers of formula II, wherein X 20 is OR 20 , 3,4-dihydroxyacetophenone is selectively attached to the 4-hydroxyl by reaction with e.g. As potassium carbonate and a silyl chloride protected. Instead of the acetophenone, benzoate esters, propiophenones, butyrophenones, etc. may be used. The resulting 4-silyloxy-3-hydroxyacetophenone is then alkylated on the 3-hydroxyl with an alkyl halide (for linkers in which R 20 is alkyl) and desilylated with e.g. For example, tetrabutylammonium fluoride to obtain a 3-alkoxy-4-hydroxyacetophenone. This compound is then alkylated on the 4-hydroxyl by reaction with an ω-hydroxyalkyl halide, e.g. For example, 3-hydroxypropyl bromide to obtain a 4- (ω-hydroxyalkoxy) -3-alkoxyacetophenone. The side chain alcohol is then used as ester, e.g. As acetate protected. This compound is then nitrided at the 5-position, e.g. With concentrated nitric acid to obtain the corresponding 2-nitroacetophenones. The saponification of the side chain ester with z. As potassium carbonate and reduction of the ketone z. B. with sodium borohydride in any order gives a 2-nitro-4- (ω-hydroxyalkoxy) -5-alkoxybenzylalkohol.

Selektives Schützen des Seitenkettenalkohols als entsprechender 4,4'-Dimethoxytritylether wird dann durch Umsetzung mit 4,4'-Dimethoxytritylchlorid bewerkstelligt. Die weitere Umsetzung mit z. B. 2-Cyanoethyl-diisopropylchlorphosphoramidit liefert Linker, bei denen R22 (Dialkylamino)(ω-cyanoalkoxy)P- ist.Selective protection of the side chain alcohol as the corresponding 4,4'-dimethoxytrityl ether is then accomplished by reaction with 4,4'-dimethoxytrityl chloride. The further implementation with z. B. 2-Cyanoethyl-diisopropylchlorophosphoramidite provides linkers in which R 22 is (dialkylamino) (ω-cyanoalkoxy) P-.

Ein spezifisches Beispiel für die Synthese eines photospaltbaren Linkers der Formel II ist in dem nachstehenden Schema gezeigt. Dieses Schema soll nur der Veranschaulichung dienen und in keiner Weise den Rahmen der Erfindung einschränken. Ausführliche experimentelle Vorgehensweisen für die gezeigten Umwandlungen sind in den Beispielen zu finden.One specific example of the synthesis of a photocleavable linker of formula II is in shown in the scheme below. This scheme is only for illustration serve and in no way limit the scope of the invention. Full experimental procedures for the transformations shown can be found in the examples.

Figure 00480001
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Figure 00490001
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B. Herstellung photospaltbarer Linker der Formel IIIB. Preparation of photocleavable linker of formula III

Photospaltbare Linker der Formel III können durch die nachstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden, durch kleine Veränderungen der Verfahren durch Auswahl geeigneter Ausgangsmaterialien oder durch andere Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind.photocleavable Linker of the formula III can produced by the methods described below, through small changes the method by selecting suitable starting materials or by other methods known to those skilled in the art.

Im Allgemeinen werden photospaltbare Linker der Formel III aus ω-Hydroxyalkyl- oder Alkoxyarylverbindungen, insbesondere ω-Hydroxyalkyl- oder -alkoxybenzolen hergestellt. Diese Verbindungen sind kommerziell erhältlich oder können aus einem ω-Hydroxyalkylhalogenid (z. B. 3-Hydroxypropylbromid) und entweder Phenyllithium (für die ω-Hydroxyalkylbenzole) oder Phenol (für die ω-Hydroxyalkoxybenzole) hergestellt werden. Acylierung der ω-Hydroxylgruppe (z. B. als Acetatester) und anschließende Friedel-Craft-Acylierung des aromatischen Rings mit einem 2-Nitrobenzoylchlorid liefert ein 4-(ω-Acetoxyalkyl oder Alkoxy)-2-nitrobenzophenon. Die Reduktion des Ketons mit z. B. Natriumborhydrid und die Verseifung des Seitenkettenesters werden in beliebiger Reihe durchgeführt, um ein 2-Nitrophenyl-4-(hydroxyalkyl oder -alkoxy)phenylmethanol zu erhalten. Das Schützen der terminalen Hydroxylgruppe als entsprechender 4,4'-Dimethoxytritylether wird durch Umsetzung mit 4,4'-Dimethoxytritylchlorid erreicht. Die Benzylhydroxylgruppe wird dann umgesetzt mit z. B. 2-Cyanoethyl-diisopropylchlorphosphoamidit, um Linker der Formel II zu bilden, bei denen R23 (Dialkylamino)(ω-cyanoalkoxy)P- ist.In general, photocleavable linkers of the formula III are prepared from ω-hydroxyalkyl or alkoxyaryl compounds, in particular ω-hydroxyalkyl or -alkoxybenzenes. These compounds are commercially available or can be prepared from a ω-hydroxyalkyl halide (e.g., 3-hydroxypropyl bromide) and either phenyllithium (for the ω-hydroxyalkylbenzenes) or phenol (for the ω-hydroxyalkoxybenzenes). Acylation of the ω-hydroxyl group (eg, as an acetate ester) followed by Friedel-Craft acylation of the aromatic ring with a 2-nitrobenzoyl chloride affords a 4- (ω-acetoxyalkyl or alkoxy) -2-nitrobenzophenone. The reduction of the ketone with z. For example, sodium borohydride and the saponification of the side chain ester are carried out in any series to obtain a 2-nitrophenyl-4- (hydroxyalkyl or alkoxy) phenylmethanol. Protecting the terminal hydroxyl group as the corresponding 4,4'-dimethoxytrityl ether is achieved by reaction with 4,4'-dimethoxytrityl chloride. The benzylhydroxyl group is then reacted with e.g. 2-cyanoethyldiisopropylchlorophosphoamidite to form linkers of Formula II wherein R 23 is (dialkylamino) (ω-cyanoalkoxy) P-.

Andere photospaltbare Linker der Formel III können hergestellt werden, indem die ω-Hydroxyalkyl- oder -alkoxybenzole der obigen Synthese durch 2-Phenyl-1-propanol oder 2-Phenylmethyl-1-propanol ersetzt werden. Diese Verbindungen sind kommerziell erhältlich, sie können aber auch durch Umsetzung von z. B. Phenylmagnesiumbromid oder Benzylmagnesiumbromid mit dem erforderlichen Oxiran (d. h. Propylenoxid) in Gegenwart katalytischer Kupferionen hergestellt werden.Other photocleavable linkers of formula III can be prepared by: the ω-hydroxyalkyl or -alkoxybenzenes of the above synthesis by 2-phenyl-1-propanol or 2-phenylmethyl-1-propanol be replaced. These compounds are commercially available, you can but also by implementation of z. Phenylmagnesium bromide or benzylmagnesium bromide with the required oxirane (i.e., propylene oxide) in the presence catalytic copper ions are produced.

Chemisch spaltbare LinkerChemically cleavable linker

Eine Vielfalt chemisch spaltbarer Linker kann verwendet werden, um eine spaltbare Bindung zwischen die immobilisierte Nukleinsäure und den festen Träger einzubringen. Säure-labile Linker sind hier vorzugsweise chemisch spaltbare Linker für die Massenspektrometrie, insbesondere MALDI-TOF MS, da die säurelabile Bindung während der Konditionierung der Nukleinsäure bei Zugabe der 3-HPA-Matrixlösung gespalten wird. Die säurelabile Bindung kann als eine separate Linkergruppe eingefügt werden, z. B. die säurelabilen Tritylgruppen (siehe 68, Beispiel 16) oder sie kann in einen synthetischen Nukleinsäurelinker eingebaut werden, indem ein oder mehrere Silyl-Internukleosidbrücken unter Verwendung von Diisopropylsilyl eingefügt werden, wobei Diisopropylsilyl-verknüpfte Oligonukleotid-Analoga gebildet werden. Die Diisopropylsilyl-Brücke ersetzt Diphosphodiesterbindungen im DNA-Gerüst und führt unter schwach sauren Bedingungen wie etwa 1,5% Trifluoressigsäure (TFA) oder 3-HPA/1% TFA MALDI-TOF-Matrixlösung zur Einfügung einer oder mehrerer Intrastrangbrüche in dem DNA-Molekül. Verfahren zur Herstellung von Diisopropylsilyl-verknüpften Oligonukleotid-Vorläufern und Analoga sind dem Fachmann bekannt (siehe z. B. Saha et al. (1993) J. Org. Chem. 58:7827–7831). Diese Oligonukleotid-Analoga können leicht unter Verwendung von Festphasenoligonukleotid-Syntheseverfahren unter Verwendung Diisopropylsilyl-derivatisierter Desoxyribonukleoside hergestellt werden.A variety of chemically cleavable linkers can be used to introduce a cleavable linkage between the immobilized nucleic acid and the solid support. Acid-labile linkers are here preferably chemically cleavable linkers for mass spectrometry, in particular MALDI-TOF MS, since the acid-labile bond is cleaved during the conditioning of the nucleic acid upon addition of the 3-HPA matrix solution. The acid labile bond can be inserted as a separate linker group, e.g. B. the acid labile trityl groups (see 68 , Example 16) or it can be incorporated into a synthetic nucleic acid linker by incorporating one or more silyl internucleoside bridges using diisopropylsilyl to form diisopropylsilyl-linked oligonucleotide analogs. The diisopropylsilyl bridge replaces diphosphodiester bonds in the DNA backbone and, under mildly acidic conditions such as 1.5% trifluoroacetic acid (TFA) or 3-HPA / 1% TFA MALDI-TOF matrix solution, introduces one or more intrastrand breaks in the DNA molecule , Methods of preparing diisopropylsilyl-linked oligonucleotide precursors and analogs are known to those skilled in the art (see, for example, Saha et al., (1993) J. Org. Chem. 58: 7827-7831). These oligonucleotide analogs can be readily prepared using solid phase oligonucleotide synthesis methods using diisopropylsilyl-derivatized deoxyribonucleosides.

Nukleinsäurekonditionierungnucleic acid conditioning

Vor der massenspektrometrischen Analyse kann es nützlich sein, Nukleinsäuremoleküle zu „konditionieren", beispielsweise, um die für das Verdampfen erforderliche Laserenergie zu verringern und/oder um Fragmentierung zu minimieren. Die Konditionierung wird vorzugsweise durchgeführt, während eine Zieldetektionsstelle immobilisiert ist. Ein Beispiel der Konditionierung ist die Modifikation des Phosphodiestergerüsts des Nukleinsäuremoleküls (z. B. Kationenaustausch), was nützlich sein kann, um eine Peakverbreiterung aufgrund von Heterogenität der pro Nukleotid-Einheit gebundenen Kationen zu vermeiden. Durch Inkontaktbringen eines Nukleinsäuremoleküls mit einem Alkylierungsmittel wie etwa Alkyliodid, Iodacetamid, β-Jodethanol oder 2,3-Epoxy-1-propanol können die Monothiophosphodiesterbindungen eines Nukleinsäuremoleküls in eine Phosphotriesterbindung umgewandelt werden. Ähnlich können Phosphodiesterbindungen eines Nukleinsäuremoleküls in eine Phosphotriesterbindung umgewandelt werden. Ähnlich können Phosphodiesterbindungen unter Verwendung von Trialkylsilylchloridenin ungeladene Derivate umgewandelt werden. Weiter umfasst die Konditionierung den Einbau von Nukleotiden, welche die Empfindlichkeit gegenüber Depurinierung (Fragmentierung während MS) verringern, z. B. ein Purin-Analogon wie etwa N7- oder N9-Desazapurin-Nukleotide oder RNA-Baublöcke oder durch Verwendung von Oligonukleotidtriestern oder Einbau von Phosphorthioatfunktionen, die alkyliert sind oder durch Verwendung von Oligonukleotidmimetika wie etwa PNA.In front mass spectrometric analysis may be useful to "condition" nucleic acid molecules, for example, around the for to reduce the evaporation necessary laser energy and / or to minimize fragmentation. The conditioning is preferably carried out, while a target detection site is immobilized. An example of conditioning is the modification of the phosphodiester backbone of the nucleic acid molecule (e.g. Cation exchange), which is useful may be a peak broadening due to heterogeneity of the pro Nucleotide unit to avoid bound cations. By contacting a nucleic acid molecule with a Alkylating agents such as alkyl iodide, iodoacetamide, β-iodoethanol or 2,3-epoxy-1-propanol can the monothiophosphodiester bonds of a nucleic acid molecule into a Phosphotriesterbindung be converted. Similarly, phosphodiester bonds a nucleic acid molecule in a Phosphotriesterbindung be converted. Similarly, phosphodiester bonds using trialkylsilyl chlorides in uncharged derivatives being transformed. Furthermore, the conditioning includes the installation of nucleotides showing sensitivity to depurination (Fragmentation during Reduce MS), z. A purine analog such as N7 or N9 desazapurine nucleotides or RNA building blocks or by using oligonucleotide triesters or incorporation of phosphorothioate functions, which are alkylated or by using oligonucleotide mimetics like PNA.

Multiplexreaktionenmultiplex reactions

Für bestimmte Anwendungen kann es nützlich sein, gleichzeitig mehr als einen (mutierten) Lokus an einem bestimmten eingefangenen Nukleinsäurefragment (auf einem Punkt eines Arrays) zu bestimmen oder es kann nützlich sein, eine parallele Verarbeitung durchzuführen, indem Oligonukleotid- oder Oligonukleotidmimetika-Anordnungen auf verschiedenen festen Trägern verwendet werden. „Multiplexen" kann durch verschiedene unterschiedliche Methoden erreicht werden. Beispielsweise können mehrere Mutationen gleichzeitig an einer Zielsequenz bestimmt werden, indem entsprechende Detektor (Sonden)-Moleküle verwendet werden (z. B. Oligonukleotide oder Oligonukleotidmimetika). Die Molekulargewichtsunterschiede zwischen den Detektor-Oligonukleotiden D1, D2 und D3 müssen ausreichend groß sein, so dass eine gleichzeitige Detektion (Multiplexen) möglich ist. Dies kann entweder über die Sequenz selbst (Zusammensetzung oder Länge) erzielt werden oder indem massenverändernde Funktionalitäten M1–M3 in das Detektoroligonukleotid eingefügt werden (siehe 2).For certain applications, it may be useful to simultaneously designate more than one (mutated) locus on a particular captured nucleic acid fragment (on a point of an array), or it may be useful to perform parallel processing by applying oligonucleotide or oligonucleotide mimetics to various solid carriers are used. "Multiplexing" can be achieved by a variety of different methods, for example, multiple mutations can be simultaneously determined on a target sequence using appropriate detector (probe) molecules (eg, oligonucleotides or oligonucleotide mimetics.) The molecular weight differences between the detector oligonucleotides D1 , D2 and D3 must be sufficiently large so that simultaneous detection (multiplexing) is possible, either through the sequence itself (composition or length), or by inserting mass-modifying functionalities M1-M3 into the detector oligonucleotide (see 2 ).

Massenveränderung von NukleinsäurenMass modification of nucleic acids

Massenmodifizierende Gruppen können angebracht werden, beispielsweise entweder an das 5'-Ende des Oligonukleotids (M1), an die Nukleobase (oder -basen) (M2, M7), an das Phosphatgerüst (M3) und an die 2'-Position des Nukleosids (der Nukleoside) (M4, M6) und/oder an die terminale 3'-Position (M5). Beispiele massenmodifizierender Gruppen sind u. a. beispielsweise ein Halogen, ein Azid oder eine Gruppe vom Typ XR, worin X eine Verknüpfungsgruppe ist und R eine massenverändernde Funktionalität ist. Die massenmodifizierende Funktionalität kann somit eingesetzt werden, um definierte Masseninkremente in das Oligonukleotid einzubringen.Bulk modifying groups may be attached, for example either to the 5 'end of the oligonucleotide (M 1 ), to the nucleobase (or bases) (M 2 , M 7 ), to the phosphate backbone (M 3 ) and to the 2' Position of the nucleoside (s) (M 4 , M 6 ) and / or to the terminal 3 'position (M 5 ). Examples of mass-modifying groups include, for example, a halogen, an azide or a group of the XR type, wherein X is a linking group and R is a mass-altering functionality. The mass-modifying functionality can thus be used to introduce defined mass increments into the oligonucleotide.

Die massenverändernde Funktionalität kann sich an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Nukleotid-Gruppe befinden (siehe z. B. US-Patent Nr. 5,547,835 und internationale PCT-Anmeldung Nr. WO 94/21822 ). Beispielsweise kann die massenverändernde Gruppe M entweder an der Nukleobase angebracht sein, M2 (im Fall der c7-Desazanukleoside auch an C-7, M7), an die Triphosphatgruppe an dem alpha-Phosphat, M3, oder an die 2'-Position des Zuckerrings des Nukleosidtriphosphats, M4 und M6. An der Phosphodiesterbindung eingefügte Modifikationen (M4) wie etwa mit alpha-Thionukleosidtriphosphaten haben den Vorteil, dass diese Modifikationen eine exakte Watson-Crick-Basenpaarung nicht beeinträchtigen und außerdem die einstufige post-synthetische ortsspezifische Modifikation des vollständigen Nukleinsäuremoleküls z. B. über Alkylierungsreaktionen ermöglichen (siehe z. B. Nakamaye et al. (1988) Nucl. Acids Res. 16:9947–59). Besonders bevorzugte massenmodifizierende Funktionalitäten sind Bor-modifizierte Nukleinsäuren, da sie durch Polymerasen besser in Nukleinsäuren eingefügt werden (siehe z. B. Porter et al. (1995) Biochemistry 34: 11963–11969; Hasan et al. (1996) Nucleic Acids Res. 24:2150–2157; Li et al. (1995) Nucl. Acids Res. 23:4495–4501).The mass-modifying functionality may be at different positions within the nucleotide group (see, eg, U.S. Patent No. 5,547,835 and International PCT Application No. WO 94/21822 ). For example, the mass-altering group M may be attached either to the nucleobase, M 2 (in the case of the c 7 -desazanucleosides also to C-7, M 7 ), to the triphosphate group on the alpha-phosphate, M 3 , or to the 2 ' Position of the sugar ring of the nucleoside triphosphate, M 4 and M 6 . Inserted at the phosphodiester bond modifications (M 4), such as with alpha-Thionukleosidtriphosphaten have the advantage that these modifications do not interfere with accurate Watson-Crick base pairing and also the single-step post-synthetic site-specific modification of the complete nucleic acid molecule z. Via alkylation reactions (see, e.g., Nakamaye et al., (1988) Nucl. Acids Res. 16: 9947-59). Particularly preferred mass-modifying functionalities are boron-modified nucleic acids, since they are better incorporated into nucleic acids by polymerases (see, for example, Porter et al., (1995) Biochemistry 34: 11963-11969, Hasan et al (1996) Nucleic Acids Res. 24: 2150-2157; Li et al. (1995) Nucl. Acids Res. 23: 4495-4501).

Außerdem kann die massenmodifizierende Funktionalität derart hinzugefügt werden, dass die Kettenbeendigung beeinflusst wird, wie etwa indem sie an der 3'-Position des Zuckerrings in dem Nukleosidtriphosphat angebracht wird, M5. Für den Fachmann ist erkennbar, dass viele Kombinationen in den hier bereitgestellten Verfahren eingesetzt werden können. Ebenso wird der Fachmann erkennen, dass kettenverlängernde Nukleosidtriphosphate ebenfalls auf ähnliche Weise massenmodifiziert werden können, mit zahlreichen Variationen und Kombinationen der Funktionalitäten und Anbringungspositionen.In addition, the mass-modifying functionality can be added such that the chain termination is affected, such as by attaching it to the 3 'position of the sugar ring in the nucleoside triphosphate, M 5 . It will be apparent to those skilled in the art that many combinations can be used in the methods provided herein. Also, those skilled in the art will recognize that chain extending nucleoside triphosphates may also be mass modified in a similar manner, with numerous variations and combinations of functionalities and attachment positions.

Ohne an irgendeine Theorie gebunden sein zu wollen, kann die Massenmodifikation M für X in XR eingefügt werden, sowie unter Verwendung von Oligo/Polyethylenglykolderivaten für R. Das massenmodifizierende Inkrement in diesem Fall ist 44, d. h. es können fünf verschiedene massenmodifizierende Spezies erzeugt werden, indem nur M von 0 bis 4 variiert wird, so dass Masseneinheiten von 45 (m = 0), 89 (m = 1), 133 (m = 2), 177 (m = 3) und 221 (m = 4) an das Nukleinsäuremolekül hinzugefügt werden (z. B. Detektoroligonukleotid (D) bzw. Nukleosidtriphosphate (6(C)). Die Oligo/Ethylenglykole können auch monoalkyliert sein, durch ein Niederalkyl wie etwa Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, t-Butyl und dergleichen. Eine Auswahl von verknüpfenden Funktionalitäten, X, wird ebenfalls veranschaulicht. Weitere Chemikalien können in den massenmodifizierten Verbindungen verwendet werden (siehe beispielsweise solche, die in Oligonucleotides and Analogues, A Practical Approach, F. Eckstein, Herausgeber, IRL Press, Oxford, 1991 beschrieben sind).Without wishing to be bound by any theory, the mass modification M for X can be inserted into XR, as well as using oligo / polyethylene glycol derivatives for R. The mass-modifying increment in this case is 44, ie five different mass-modifying species can be generated by only M is varied from 0 to 4, giving mass units of 45 (m = 0), 89 (m = 1), 133 (m = 2), 177 (m = 3) and 221 (m = 4) to the nucleic acid molecule (for example, detector oligonucleotide (D) or nucleoside triphosphates ( 6 (C) ). The oligo / ethylene glycols may also be monoalkylated by a lower alkyl such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, t-butyl and the like. A selection of linking functionalities, X, is also illustrated. Other chemicals can be used in the mass-modified compounds (see, for example, those described in Oligonucleotides and Analogues, A Practical Approach, F. Eckstein, Eds., IRL Press, Oxford, 1991).

In noch einer weiteren Ausführungsform können verschiedene andere massenmodifizierende Funktionalitäten R als Oligo/Polyethylenglykole ausgewählt und über geeignete Verknüpfungschemikalien X angebunden werden. Eine einfache Massenmodifikation kann erzielt werden, indem H gegen Halogene wie etwa F, Cl, Br und/oder I oder Pseudohalogene wie etwa CN, SCN, NCS ausgetauscht wird oder indem verschiedene Alkyl-, Aryl- oder Aralkyl-Gruppen wie etwa Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, t-Butyl, Hexyl, Phenyl, substituiertes Phenyl, Benzyl oder funktionelle Gruppen wie etwa CH2F, CHF2, CF3, Si(CH3)3, Si(CH3)2(C2H5), Si(CH3)(C2H5)2, Si(C2H5)3 verwendet werden. Noch eine weitere Massenmodifikation kann erhalten werden, indem Homo- oder Heteropeptide über das Nukleinsäuremolekül (z. B. Detektor (D)) oder Nukleosidtriphosphate angebracht werden. Ein Beispiel, das zur Erzeugung massenmodifizierender Spezies mit einem Masseninkrement von 57 nützlich ist, ist das Anbringen von Oligoglycinen, z. B. werden Massenmodifikationen von 74 (r = 1, m = 0), 131 (r = 1, m = 1), 188 (r = 1, m = 2), 245 (r = 1, m = 3) erzielt. Einfache Oligoamide können verwendet werden, z. B. sind Massenmodifikationen von 74 (r = 1, m = 0), 88 (r = 2, m = 0), 102 (r = 3, m = 0), 116 (r = 4, m = 0) etc. erhältlich. Variationen zu den hierin beschriebenen Hinzufügungen sind für einen Fachmann offensichtlich.In yet another embodiment, various other mass-modifying functionalities R can be selected as oligo / polyethylene glycols and attached via suitable linking chemicals X. A simple mass modification can be achieved by exchanging H for halogens such as F, Cl, Br and / or I or pseudohalogens such as CN, SCN, NCS or different alkyl, aryl or aralkyl groups such as methyl, ethyl , Propyl, isopropyl, t-butyl, hexyl, phenyl, substituted phenyl, benzyl or functional groups such as CH 2 F, CHF 2 , CF 3 , Si (CH 3 ) 3 , Si (CH 3 ) 2 (C 2 H 5 ), Si (CH 3 ) (C 2 H 5 ) 2 , Si (C 2 H 5 ) 3 . Still another mass modification can be obtained by attaching homo- or heteropeptides via the nucleic acid molecule (eg, detector (D)) or nucleoside triphosphates. An example useful for generating mass modifying species with a mass increment of 57 is the attachment of oligoglycines, e.g. For example, mass modifications of 74 (r = 1, m = 0), 131 (r = 1, m = 1), 188 (r = 1, m = 2), 245 (r = 1, m = 3) are achieved. Simple oligoamides can be used, e.g. For example, mass modifications are 74 (r = 1, m = 0), 88 (r = 2, m = 0), 102 (r = 3, m = 0), 116 (r = 4, m = 0), etc. available. Variations to the additions described herein will be apparent to one skilled in the art.

Verschiedene massenmodifizierte Nachweisoligonukleotide können verwendet werden, um gleichzeitig alle möglichen Varianten/Mutanten nachzuweisen (6B). Alternativ können alle 4 Basen Permutationen an der Stelle einer Mutation nachgewiesen werden, indem ein Nachweis-Oligonukleotid entworfen und positioniert wird, so dass es als Primer für eine DNA/RNA-Polymerase dient, mit unterschiedlichen Kombinationen von verlängernden und terminierenden Nukleosidtriphosphaten (6C). Beispielsweise können Massenmodifikationen auch während des Amplifikationsverfahrens eingefügt werden.Various mass-modified detection oligonucleotides can be used to simultaneously detect all possible variants / mutants ( 6B ). Alternatively, all 4 base permutations can be detected at the site of a mutation by designing and positioning a detection oligonucleotide to serve as a primer for a DNA / RNA polymerase, with different combinations of extending and terminating nucleoside triphosphates ( 6C ). For example, mass modifications may also be inserted during the amplification process.

3 zeigt eine anderes Multiplexdetektionsformat, bei dem eine Differenzierung bewerkstelligt wird, indem verschiedene spezifische Einfangsequenzen eingesetzt werden, die positonsspezifisch auf einer flachen Oberfläche (z. B. einem „Chip-Array") immobilisiert sind. Wenn verschiedene Zielsequenzen T1–Tn vorhanden sind, so Wechselwirken ihre Zieleinfangstellen TCS1–TCSn spezifisch mit komplementären immobilisierten Einfangsequenzen C1–Cn. Der Nachweis wird erzielt, indem Nachweis-Oligonukleotide D1–Dn mit geeignetem Massenunterschied eingesetzt werden, wobei es sich um massenmodifizierende Funktionalitäten M1–Mn handelt. 3 Figure 4 shows another multiplex detection format in which differentiation is accomplished by employing various specific capture sequences that are positon-specifically immobilized on a flat surface (eg, a "chip array".) When different target sequences T1-Tn are present, so Their target capture sites TCS1-TCSn interact specifically with complementary immobilized capture sequences C1-Cn. Detection is achieved using detection oligonucleotides D1-Dn of appropriate mass difference, which are mass-modifying functionalities M1-Mn acts.

Massenspektrometrische Verfahren für DNAMass spectrometric method for DNA

Verfügbare massenspektrometrische Formate, die hier verwendet werden können, sind u. a. die Ionisations-(I-) Techniken, wie etwa Matrix-unterstützte Laserdesorptions-Ionisation (MALDI), Elektronenspray (ESI) (z. B. kontinuierlich oder gepulst) und verwandte Methoden (z. B. Ionenspray, Thermospray, Schneller Atombeschuss (FAB)) und Massiver Cluster-Stoß (massive cluster impact, MCI); diese Ionenquellen können in Verbindung mit Nachweisformaten, einschließlich Linearfeldern, Flugzeit (TOF), Einzel- oder Mehrfachquadrupol, Einzel- oder Mehrfachmagnetsektor, FourierTransformations-Ionen-Cyclotron-Resonanz (FTICR), Ionenfalle oder Kombinationen davon verwendet werden, um einen Hybriddetektor zu erhalten (z. B. Ionenfalle-Flugzeit). Für die Ionisierung können zahlreiche Kombinationen von Matrix/Wellenlänge einschließlich der Herstellung eines gefrorenen Analyten (MALDI) oder Kombinationen von Lösungsmitteln (ESI) eingesetzt werden.Available mass spectrometric Formats that can be used here are u. a. the ionization (I-) Techniques, such as matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI), Electron Spray (ESI) (eg continuous or pulsed) and related methods (eg ion spray, thermospray, fast atom bombardment (FAB)) and Massive Cluster Bump (massive cluster impact, MCI); these ion sources can be used in conjunction with detection formats, including Linear Fields, Time of Flight (TOF), Single or Multiple Quadrupole, Single or multiple magnetic sector, Fourier transform ion cyclotron resonance (FTICR), ion traps, or combinations thereof obtain a hybrid detector (eg, ion trap time-of-flight). For ionization can numerous combinations of matrix / wavelength including manufacturing a frozen analyte (MALDI) or combinations of solvents (ESI).

Da ein normales DNA-Molekül vier Nukleotid-Einheiten (A, T, C, G) enthält und deren jeweilige Masse einzigartig ist (monoisotope Massen 313,06, 304,05, 289,05 bzw. 329,05 Da), kann durch eine exakte Massenbestimmung die mögliche Basenzusammensetzung dieser DNA definiert oder eingegrenzt werden. Erst über 4900 Da hat jedes Einheitsmolekulargewicht mindestens eine zulässige Zusammensetzung; unter allen 5-meren gibt es nur ein nicht-einzigartiges Nominal-Molekulargewicht, unter den 8-meren gibt es 20. Für diese und größere Oligonukleotide können diese Massenüberlappungen mit der Massengenauigkeit von ca. 1/105 (etwa 10 Teile pro Million, ppm) aufgelöst werden, die mit hochauflösender FTICR MS zur Verfügung steht. Für das 25-mer A5T20 verringern sich die 20 degenerierten Zusammensetzungen bei einer Messung mit ±0,5 Da auf drei (A5T20, T4C12G9, AT3C4G16), wenn mit einer Genauigkeit von 2 ppm gemessen wird. Durch gegebene Einschränkungen der Zusammensetzung (z. B. das Vorhandensein oder Fehlen einer der vier Basen in dem Strang) können diese weiter verringert werden (siehe nachstehend).Since a normal DNA molecule contains four nucleotide units (A, T, C, G) and their respective mass is unique (monoisotopic masses 313.06, 304.05, 289.05 and 329.05 Da, respectively) an exact mass determination defines or limits the possible base composition of this DNA. Only above 4900 Da does each unit molecular weight have at least one admissible composition; there is only one non-unique nominal molecular weight among all 5-mers, there are 20 of the 8-mers. For these and larger oligonucleotides, these mass overlaps may have mass accuracy of about 1/10 5 (about 10 parts per million, ppm) available with high resolution FTICR MS. For the 25-mer A 5 T 20 , the 20 degenerate compositions decrease with a measurement of ± 0.5 Da to three (A 5 T 20 , T 4 C 12 G 9 , AT 3 C 4 G 16 ), if with a Accuracy of 2 ppm is measured. Given the compositional limitations (e.g., the presence or absence of one of the four bases in the strand), these can be further reduced (see below).

Instrumente mit mittlerer Auflösung, einschließlich, aber nicht ausschließlich Krumm-Feld-Reflektron-Instrumente oder Flugzeit-MS-Instrumente mit verzögerter Extraktion können ebenfalls zu einer verbesserten DNA-Detektion für die Sequenzierung oder Diagnostik führen. Diese sind jeweils dazu in der Lage, eine 9 Da-(Δm (A-T)) Verschiebung in ≥ 30-mer- Strängen nachzuweisen, die beispielsweise durch Primer-Oligo-Basen-Extension (PROBE) oder Kompetitive Oligonukleotid-Einzelbasen-Extension (COSBE) Sequenzierung erzeugt wurden oder zum direkten Nachweis kleiner amplifizierter Produkte.instruments with medium resolution, including, but not exclusively Krumm-field reflectron instruments or time-of-flight MS instruments with delayed extraction may as well to improved DNA detection for sequencing or diagnostics to lead. These are each capable of detecting a 9 Da (Δm (A-T)) shift in ≥30 mer strands, for example, by primer oligo base extension (PROBE) or Competitive oligonucleotide single base extension (COSBE) sequencing were generated or for direct detection small amplified products.

Sequenzierung durch Erzeugung spezifisch endender FragmenteSequencing by generation specific ending fragments

Eine genaue Sequenzbestimmung einer relativ großen Ziel-Nukleinsäure kann erreicht werden, indem spezifisch endende Fragmente der Ziel-Nukleinsäure erzeugt werden, die Masse jedes Fragments durch Massenspektrometrie bestimmt wird und die Fragmente geordnet werden, um die Sequenz der größeren Ziel-Nukleinsäure zu bestimmen. Die spezifisch endenden Fragmente sind partielle basenspezifisch terminierte Fragmente.A accurate sequence determination of a relatively large target nucleic acid can can be achieved by generating specific ending fragments of the target nucleic acid The mass of each fragment is determined by mass spectrometry and the fragments are ordered to determine the sequence of the larger target nucleic acid. The specific-ending fragments are partially base-specific terminated fragments.

Ein Verfahren zur Herstellung basenspezifisch terminierter Fragmente beinhaltet die Verwendung einer basenspezifischen Ribonuklease nach beispielsweise einer Transkriptionsreaktion. Bevorzugte basenspezifische Ribonukleasen sind auswählt aus: T1-Ribonuklease (G-spezifisch), U2-Ribonuklease (A-spezifisch), PhyM-Ribonuklease (U-spezifisch) und Ribonuklease A (U/C-spezifisch). Andere effiziente und basenspezifische Ribonukleasen können unter Verwendung des in Beispiel 21 beschriebenen Tests identifiziert werden. Vorzugsweise werden modifizierte Nukleotide zur Transkriptionsreaktion mit unmodifizierten Nukleotiden gegeben. Am stärksten bevorzugt werden die modifizierten Nukleotide und unmodifizierte Nukleotide zur Transkriptionsreaktion in geeigneten Konzentrationen gegeben, sodass beide Einheiten in einer bevorzugten Rate von etwa 1:1 eingebaut werden. Alternativ können zwei separate Transkriptionen der Ziel-DNA-Sequenz, eine mit den modifizierten und eine mit den unmodifizierten Nukleotiden, durchgeführt und die Ergebnisse verglichen werden. Bevorzugte modifizierte Nukleotide sind u. a.: Bor- oder Brom-modifizierte Nukleotide (Porter et al. (1995) Biochemistry 34:11963–1196 Hasan et al. (1996) Nucl. Acids Res. 24:2150–2157; Li et al. (1995) Nucleic Acids Res. 23:4495–4501), α-Thio-modifizierte Nukleotide sowie massenmodifizierte Nukleotide, wie vorstehend beschrieben.One method of preparing base-specific terminated fragments involves the use of a base-specific ribonuclease, for example, after a transcription reaction. Preferred base specific ribonucleases are selected from: T 1 ribonuclease (G specific), U 2 ribonuclease (A specific), PhyM ribonuclease (U specific) and ribonuclease A (U / C specific). Other efficient and base specific ribonucleases can be identified using the assay described in Example 21. Preferably, modified nucleotides are added for transcription reaction with unmodified nucleotides. Most preferably, the modified nucleotides and unmodified nucleotides are added to the transcription reaction at appropriate concentrations such that both units are incorporated at a preferred rate of about 1: 1. Alternatively, two separate transcriptions of the target DNA sequence, one with the modified and one with the unmodified nucleotides, can be made and the results compared. Preferred modified nucleotides include: boron- or bromine-modified nucleotides (Porter et al., (1995) Biochemistry 34: 11963-1196 Hasan et al., (1996) Nucl. Acids Res. 24: 2150-2157; Li et al. 1995) Nucleic Acids Res. 23: 4495-4501), α-thio-modified nucleotides and mass-modified nucleotides as described above.

Noch ein weiteres Verfahren zur Erzeugung basenspezifisch terminierter Fragmente umfasst das Inkontaktbringen einer geeigneten Menge der Ziel-Nukleinsäure mit einer spezifischen Endonuklease. Vorzugsweise wird das ursprüngliche 5- und/oder 3'-Ende der Nukleinsäure markiert, um das Ordnen der Fragmente zu erleichtern. Die Markierung des 3'-Endes ist besonders dann bevorzugt, wenn in vitro-Nukleinsäuretranskripte analysiert werden, so dass der Einfluss von 3'-Heterogenität, vorzeitiger Terminierung und unspezifischer Verlängerung minimiert werden kann. 5'- und 3'-Markierungen können natürlich (z. B. ein 3'-Poly-A-Schwanz oder 5'- oder 3'-Heterogenität) oder künstlich sein. Bevorzugte 5'- und/oder 3'-Markierungen werden aus den vorstehend für die Massenmodifikation beschriebenen Molekülen ausgewählt.Yet another method for generating base-specific terminated fragments comprises contacting a suitable amount of the target nucleic acid with a specific endonuclease. Preferably, the original 5 and / or 3 'end of the nucleic acid is labeled to order the fragments to facilitate. Labeling of the 3 'end is particularly preferred when analyzing in vitro nucleic acid transcripts so that the impact of 3' heterogeneity, premature termination, and nonspecific extension can be minimized. 5 'and 3' tags may be natural (eg, a 3 'poly A tail or 5' or 3 'heterogeneity) or artificial. Preferred 5 'and / or 3' labels are selected from the molecules described above for the mass modification.

Die hier bereitgestellten Verfahren werden durch die nachstehenden Beispiele 21 und 27 weiter veranschaulicht, die nicht als in irgendeiner Weise einschränkend zu verstehen sind. Die übrigen Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung.The Methods provided herein are exemplified by the following examples 21 and 27 further illustrate that not as in any way restrictive to be understood. The remaining Examples are for illustrative purposes only.

BEISPIEL 1EXAMPLE 1

MALDI-TOF-Desorption von Oligonukleotiden direkt auf festen TrägernMALDI-TOF desorption of oligonucleotides directly on solid carriers

1 g CPG (Glas mit kontrollierten Poren) wurde mit 3-(Triethoxysilyl)epoxypropan funktionalisiert, um OH-Gruppen auf der Polymeroberfläche zu bilden. Eine standardmäßige Oligonukleotidsynthese mit 13 mg des OH-CPG wurde in einem DNA-Synthesegerät (Milligen, Modell 7500) durchgeführt, wobei β-Cyanoethylphosphoramidite (Köster et al. (1994) Nucleic Acids Res. 12:4539) und TAC-N-Schutzgruppen (Köster et al. (1991) Tetrahedron 37:362) eingesetzt wurden, um eine 3'-T5-50-mer-Oligonukleotidsequenz zu synthetisieren, in der 50 Nukleotide komplementär zu einer „hypothetischen" 50-mer- Sequenz sind. T5 dient als Spacer. Die Entfernung der Schutzgruppe mit gesättigtem Ammoniak in Methanol bei Raumtemperatur für 2 Stunden lieferte gemäß der Bestimmung der DMT-Gruppe CPG, die etwa 10 umol 55-mer/g CPG enthielten. Dieses 55-mer diente als Matrize für Hybridisierungen mit einem 26-mer (mit 5'-DMT-Gruppe) und einem 40-mer (ohne DMT-Gruppe). Das Reaktionsvolumen beträgt 100 μl und enthält etwa 1 nmol CPG-gebundenes 55-mer als Matrize, eine äquimolare Menge an Oligonukleotid in Lösung (26-mer oder 40-mer) in 20 mM Tris-HCl, pH 7,5, 10 mM MgCl2 und 25 mM NaCl. Das Gemisch wurde für 10 min bei 65°C erhitzt und während 30' auf 37°C abgekühlt (Annealing). Das Oligonukleotid, das nicht an die polymergebundene Matrize hydridisiert hatte, wurde durch Zentrifugation und drei anschließende Wasch-/Zentrifugationsschritte mit jeweils 100 ul eiskaltem 50 mM Ammoniumcitrat entfernt. Die Perlen wurden luftgetrocknet und mit Matrixlösung (3-Hydroxypicolinsäure/10 mM Ammoniumcitrat in Acetonitril/Wasser 1:1) gemischt und durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie analysiert. Die Ergebnisse sind in den 10 und 11 gezeigt.1 g CPG (Controlled Pore Glass) was functionalized with 3- (triethoxysilyl) epoxypropane to form OH groups on the polymer surface. A standard oligonucleotide synthesis with 13 mg of the OH-CPG was performed in a DNA synthesizer (Milligen, Model 7500), with β-cyanoethyl phosphoramidites (Köster et al. (1994) Nucleic Acids Res. 12: 4539) and TAC-N protecting groups (Köster et al. (1991) Tetrahedron 37: 362) were used to synthesize a 3'-T 5 -50-mer oligonucleotide sequence in which 50 nucleotides are complementary to a "hypothetical" 50-mer sequence 5 serves as a spacer Removal of the protecting group with saturated ammonia in methanol at room temperature for 2 hours provided CPG containing about 10 pmol 55-mer / g CPG as determined by the DMT group This 55-mer served as a template for hybridizations with a 26-mer (with 5'-DMT group) and a 40-mer (without DMT group) .The reaction volume is 100 μl and contains about 1 nmol of CPG-bound 55-mer as template, an equimolar amount of oligonucleotide in solution (26-mer or 40-mer) in 20 mM Tris-HCl, pH 7.5, 10 mM MgCl 2 and 25 mM NaCl. The mixture was heated at 65 ° C for 10 minutes and annealed for 30 'at 37 ° C. The oligonucleotide, which had not hydrided to the polymer-bound template, was removed by centrifugation and three subsequent wash / spin steps with 100 μl each of ice-cold 50 mM ammonium citrate. The beads were air dried and mixed with matrix solution (3-hydroxypicolinic acid / 10 mM ammonium citrate in acetonitrile / water 1: 1) and analyzed by MALDI-TOF mass spectrometry. The results are in the 10 and 11 shown.

BEISPIEL 2EXAMPLE 2

Elektronenspray- (ES) Desorption und Unterscheidung eines 18-mers und eines 19-mersElectron Spray (ES) Desorption and Distinction an 18-meter and a 19-meter

DNA-Fragmente mit einer Konzentration von 50 pMol/ul in 2-Propanol/10 mM Ammoniumcarbonat (1/9 v/v) wurden gleichzeitig mittels eines Elektronenspray-Massenspektrometers analysiert.DNA fragments at a concentration of 50 pmol / μl in 2-propanol / 10 mM ammonium carbonate (1/9 v / v) were simultaneously determined by means of an electron spray mass spectrometer analyzed.

Die erfolgreiche Desorption und Unterscheidung eines 18-mers und eines 19-mers durch Elektronenspray-Massenspektrometrie ist in 12 gezeigt.The successful desorption and differentiation of an 18-mer and a 19-mer by electron spray mass spectrometry is in 12 shown.

BEISPIEL 3EXAMPLE 3

Nachweis der Cystische-Fibrose-Mutation ΔF508 durch Ei nschritt-Didesoxy-Extension und Analyse durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie (Kompetitive-Oligonukleotid-Einzel-Basen-Extension = COSBE)Detection of the cystic fibrosis mutation ΔF508 by Egg dideoxy extension and analysis by MALDI-TOF mass spectrometry (Competitive Oligonucleotide Single Base Extension = COSBE)

Das Prinzip des COSBE-Verfahrens ist in 13 gezeigt, wobei N der Normal- bzw. M der Mutanten-Nachweisprimer ist.The principle of the COSBE process is in 13 where N is the normal or M is the mutant detection primer.

MATERIALIEN und METHODENMATERIALS and METHODS

PCR-Amplifikation und Strangimmobilisierung. Die Amplifikation wurde mit Exon10-spezifischen Primern unter Verwendung von Standard-PCR-Bedingungen (30 Zyklen: 1' bei 95°C, 1' bei 55°C, 2' bei 72°C) durchgeführt; der reverse Primer war in 5' mit Biotin markiert und säulengereinigt (Oligopurification Cartridge, Cruachem). Nach der Amplifikation wurden die amplifizierten Produkte durch Säulentrennung (Qiagen Quickspin) aufgereinigt und an Streptavidin-beschichteten Magnetperlen (Dynabeads, Dynal, Norwegen) gemäß deren Standardprotokoll immobilisiert; DNA wurde unter Verwendung von 0,1 M NaOH denaturiert und mit 0,1 M NaOH, 1 × B + W-Puffer und TE-Puffer gewaschen, um den nicht-biotinylierten Sense-Strang zu entfernen.PCR amplification and strand immobilization. The amplification was done with Exon10-specific primers using standard PCR conditions (30 cycles: 1 'at 95 ° C, 1' at 55 ° C, 2 'at 72 ° C); of the reverse primer was in 5 'with Biotin labeled and column purified (Oligopurification Cartridge, Cruachem). After amplification the amplified products were isolated by column separation (Qiagen Quickspin) purified and streptavidin-coated magnetic beads (Dynabeads, Dynal, Norway) according to their Standard protocol immobilized; DNA was prepared using Denatured 0.1 M NaOH and 0.1 M NaOH, 1 x B + W buffer and TE buffer washed to remove the non-biotinylated sense strand.

COSBE-Bedingungen. Die Perlen, welche den ligierten Antisense-Strang enthielten wurden in 18 μl Reaktionsmix 1 (2 μl 10X Taq-Puffer, 1 μl (1 Einheit) Taq-Polymerase, 2 μl 2 mM dGTP und 13 μl H2O) resuspendiert und bei 80°C für 5' inkubiert, bevor Reaktionsmix 2 (100 ng jedes der COSBE-Primer) zugegeben wurde. Die Temperatur wurde auf 60°C verringert, und die Gemische wurden für einen Hybridisierungs-/Extensionszeitraum von 5' inkubiert; die Perlen wurden dann in 25 mM Triethylammoniumacetat (TEAA) und anschließend in 50 mM Anmmoniumcitrat gewaschen.COSBE conditions. The beads containing the ligated antisense strand were resuspended in 18 μl reaction mix 1 (2 μl 10X Taq buffer, 1 μl (1 unit) Taq polymerase, 2 μl 2 mM dGTP and 13 μl H 2 O) and incubated at 80 C. for 5 'before adding reaction mix 2 (100 ng of each of the COSBE primers). The temperature was reduced to 60 ° C and the mixtures were incubated for a hybridization / extension period of 5 '; the beads were then washed in 25 mM triethylammonium acetate (TEAA) followed by 50 mM ammonium citrate.

Primer-Sequenzen. Alle Primer wurden auf einem Perseptive-Biosystems Expedite 8900-DNA-Synthesegerät unter Verwendung von herkömmlicher Phosphoramidit-Chemie (Sinha et al. (1984) Nucleic Acids Res. 12 4539) hergestellt. Die COSBE-Primer (die jeweils einen absichtlichen Mismatch eine Base vor dem 3'-Terminus enthielten) waren diejenigen, die in einer früheren ARMS-Studie verwendet wurden (Ferrie et al. (1992) Am. J. Hum. Genet. 51:251–262), mit der Ausnahme, dass zwei Basen vom 5'-Ende des normalen entfernt waren:

Figure 00600001
Primer sequences. All primers were prepared on a Perseptive Biosystems Expedite 8900 DNA Synthesizer using conventional phosphoramidite chemistry (Sinha et al. (1984) Nucleic Acids Res. 12 4539). The COSBE primers (each containing a deliberate mismatch one base before the 3'-terminus) were those used in a previous ARMS study (Ferrie et al., (1992) Am. J. Hum. Genet. 251-262), with the exception that two bases were removed from the 5 'end of the normal:
Figure 00600001

Massenspektrometrie. Nach dem Waschen wurden die Perlen in 1 μl 18 Mohm/cm H2O resuspendiert. Jeweils 300 nl der Matrix-(Wu et al. (1993), Rapid Commun. Mass Spectrom. 7:142–146) Lösung (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure, 0,7 M zweibasisches Ammoniumcitrat in 1:1 H2O/CH3CN) und der resuspendierten Perlen (Tang et al. (1995), Rapid Commun. Mass Spectrom. 8:727–730) wurden auf einem Probenziel gemischt und an Luft trocknen gelassen. Bis zu 20 Proben wurden punktförmig auf eine Sondenzielscheibe aufgetragen, die in den Quellenbereich eines unmodifizierten Thermo Bioanalysis (früher Finnigan) Visions 2000 MALDI-TOF eingebracht wurde, das im Reflektronmodus mit 5 bzw. 20 kV an der Ziel- bzw. der Umwandlungsdynode betrieben wurde. Die theoretischen durchschnittlichen Molekulargewichte (Mr(ber.)) wurden aus den Atomzusammensetzungen berechnet. Vom Händler bereitgestellte Software wurde verwendet, um die Peakflächenmittelpunkte unter Verwendung von externer Kalibrierung zu bestimmen; 1,08 Da wurden davon abgezogen, um auf die Masse des ladungstragenden Protons zu korrigieren, wobei die Text-Mr(exp.) Werte erhalten wurden.Mass spectrometry. After washing, the beads were resuspended in 1 μl 18 Mohm / cm H 2 O. In each case 300 μl of the matrix (Wu et al., (1993), Rapid Commun. Mass Spectrom., 7: 142-146) solution (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid, 0.7 M dibasic ammonium citrate in 1: 1 H 2 O) / CH 3 CN) and the resuspended beads (Tang et al., 1995, Rapid Commun. Mass Spectrom., 8: 727-730) were mixed on a sample target and allowed to air dry. Up to 20 samples were spotted onto a probe target placed in the source area of an unmodified Thermo Bioanalysis (formerly Finnigan) Vision 2000 MALDI-TOF operating in reflectron mode at 5 and 20 kV at the target and conversion dynodes, respectively , The theoretical average molecular weights (M r (calc.)) Were calculated from the atomic compositions. Dealer-provided software was used to determine the peak area centers using external calibration; 1.08 Da were subtracted from this to correct for mass of the charge-carrying proton, with the text M r (exp.) Values obtained.

Schema. Nach dem Anlagern an die gebundene Matrize wurde den N- und M-Primern (8508,6 bzw. 9148,0 Da) dGTP angeboten; nur Primer mit richtiger Watson-Crick-Basenpaarung an der variablen Position (V) werden durch die Polymerase verlängert. Wenn also V mit der 3'-terminalen Base von N paart, so wird N zu einem 8837,9 Da-Produkt (N + 1) verlängert. Ebenso wird dann, wenn V richtig an den M-Terminus passt, M auf ein 9477,3 Da M + 1-Produkt verlängert.Scheme. After attachment to the bound template, the N and M primers (8508.6 and 9148.0, respectively) were used Da) dGTP offered; only primers with proper Watson-Crick base pairing at the variable position (V) are extended by the polymerase. If So V with the 3'-terminal Base of N pairs, N is extended to a 8837.9 Da product (N + 1). As well then, if V fits properly to the M-terminus, M is set to a 9477.3 Da M + 1 product extended.

ErgebnisseResults

Die 1418 zeigen die repräsentativen Massenspektren von COSBE-Reaktionsprodukten. Bessere Ergebnisse wurden erhalten, wenn die amplifizierten Produkte gereinigt wurden, bevor der biotinylierte Antisense-Strang gebunden wurde.The 14 - 18 show the representative mass spectra of COSBE reaction products. Better results were obtained when the amplified products were purified before the biotinylated antisense strand was bound.

BEISPIEL 4EXAMPLE 4

Unterscheidung von menschlichen Apolipoprotein E-Isoformen durch MassenspektrometrieDistinction of human Apolipoprotein E isoforms by mass spectrometry

Apolipoprotein E (Apo E), eine Proteinkomponente von Lipoproteinen, spielt eine wesentliche Rolle im Lipidstoffwechsel. Beispielsweise ist es am Cholesterintransport, am Stoffwechsel von Lipoprotein-Partikeln, an der Immunregulation und an der Aktivierung mehrerer lipolytischer Enzyme beteiligt.apolipoprotein E (Apo E), a protein component of lipoproteins, plays one essential role in lipid metabolism. For example, it is am Cholesterol transport, on the metabolism of lipoprotein particles, to immunoregulation and activation of several lipolytic Enzymes involved.

Es gibt drei übliche Isoformen von menschlichem Apo E (codiert durch die Allele E2, E3 und E4). Das häufigste ist das E3-Allel. Es wurde gezeigt, dass das E2-Allel den Cholesterinspiegel im Plasma verringert und daher eine Schutzwirkung gegen die Entwicklung von Atherosklerose besitzen kann. Die DNA, die einen Abschnitt des E2-Allels codiert, ist in SEQ ID Nr. 130 dargestellt. Die E4-Isoform schließlich wurde mit erhöhten Cholesterinspiegeln in Verbindung gebracht, was zu einer Prädisposition für Atherosklerose führt. Daher ist die Identität des Apo E-Allels eines bestimmten Individuums eine wichtige Risikodeterminante für die Entwicklung einer kardiovaskulären Erkrankung.There are three common isoforms of human apo E (encoded by the alleles E2, E3 and E4). The most common is the E3 allele. It has been shown that the E2 allele reduces plasma cholesterol and therefore may have a protective effect against the development of atherosclerosis. The DNA encoding a portion of the E2 allele is shown in SEQ ID NO: 130. Finally, the E4 isoform was elevated with Cholesterol levels, which leads to a predisposition to atherosclerosis. Therefore, the identity of the Apo E allele of a particular individual is an important risk determinant for the development of cardiovascular disease.

Wie in 19 gezeigt ist, kann eine Probe einer DNA, die Apolipoprotein E kodiert, von einem Subjekt erhalten und amplifiziert werden (z. B. mittels PCR); und das amplifizierte Produkt kann unter Verwendung eines geeigneten Enzyms (z. B. Cfol) verdaut werden. Der erhaltene Restriktionsverdau kann dann durch eine Vielfalt von Mitteln analysiert werden. Wie in 20 gezeigt ist, weisen die drei Isotypen von Apolipoprotein E (E2, E3 und E4) unterschiedliche Nukleinsäuresequenzen auf und haben daher auch unterscheidbare Molekulargewichtswerte.As in 19 For example, a sample of a DNA encoding apolipoprotein E can be obtained from a subject and amplified (e.g., by PCR); and the amplified product can be digested using a suitable enzyme (e.g., Cfol). The resulting restriction digest can then be analyzed by a variety of means. As in 20 As shown, the three isotypes of apolipoprotein E (E2, E3 and E4) have different nucleic acid sequences and therefore also have distinguishable molecular weight values.

Wie in 21A–C gezeigt ist, zeigen unterschiedliche Apolipoprotein E-Genotypen unterschiedliche Restriktionsmuster in einem 3,5%-igen MetPhor-Agarosegel oder einem 12%-igen Polyacrylamidgel Wie in den 22 und 23 gezeigt ist, können die verschiedenen Apolipoprotein E-Genotypen auch genau und schnell durch Massenspektrometrie bestimmt werden.As in 21A -C, different Apolipoprotein E genotypes show different restriction patterns in a 3.5% MetPhor agarose gel or a 12% polyacrylamide gel as in the 22 and 23 As shown, the different apolipoprotein E genotypes can also be accurately and rapidly determined by mass spectrometry.

BEISPIEL 5EXAMPLE 5

Nachweis des Hepatitis-B-Virus in SerumprobenDetection of hepatitis B virus in serum samples

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Probenherstellungsample preparation

Die Phenol/Chloroform-Extraktion viraler DNA und die abschließende Ethanol-Präzipitation wurden gemäß Standardprotokollen durchgeführt.The Phenol / chloroform extraction of viral DNA and final ethanol precipitation were according to standard protocols carried out.

Erste PCRFirst PCR

Jede Reaktion wurde mit 5 μl der DNA-Präparation aus Serum durchgeführt. 15 pmol jedes Primers und 2 Einheiten Taq-DNA-Polymerase (Perkin Elmer, Weiterstadt, Deutschland) wurden verwendet. Die Endkonzentration jedes dNTPs betrug 200 μMM, das Endvolumen der Reaktion betrug 50 μl. 10 × PCR-Puffer (Perkin Elmer, Weiterstadt, Deutschland) enthielt 100 mM Tris-HCl, pH 8,3, 500 mM KCl, 15 mM MgCl2, 0,01% Gelatine (w/v). Primer-Sequenzen:

Figure 00630001
Each reaction was carried out with 5 μl of the DNA preparation from serum. 15 pmol of each primer and 2 units of Taq DNA polymerase (Perkin Elmer, Weiterstadt, Germany) were used. The final concentration of each dNTP was 200 μMM, the final volume of the reaction was 50 μL. 10x PCR buffer (Perkin Elmer, Weiterstadt, Germany) contained 100mM Tris-HCl, pH 8.3, 500mM KCl, 15mM MgCl 2, 0.01% gelatin (w / v). Primer sequences:
Figure 00630001

Geschachtelte PCR:Nested PCR:

Jede Reaktion wurde entweder mit 1 μl der ersten Reaktion bzw. mit einer 1:10-Verdünnung der ersten PCR als Matrize durchgeführt. 100 pMol jedes Primers, 2,5 u Pfu(exo-)DNA-Polymerase (Stratagene, Heidelberg, Deutschland), eine Endkonzentration von 200 μM jedes dNTPs und 5 μl 10 × Pfu-Puffer (200 mM Tris-HCl, pH 8,75, 100 mM KCl, 100 mM (NH4)2SO4, 1% Triton X-100, 1 mg/ml BSA, (Stratagene, Heidelberg, Deutschland) wurden in einem Endvolumen von 50 μl verwendet. Die Reaktionen wurden in einem Thermocycler (OmniGene, MWG-Biotech, Ebersberg, Deutschland) unter Verwendung des folgenden Programms durchgeführt: 92°C für 1 Minute, 60°C für 1 Minute und 72°C für 1 Minute mit 20 Zyklen. Sequenz der Oligodesoxynukleotide (HPLC-gereinigt bezogen von MWG-Biotech, Ebersberg, Deutschland):

Figure 00630002
Each reaction was carried out either with 1 μl of the first reaction or with a 1:10 dilution of the first PCR as template. 100 pmoles of each primer, 2.5 μ Pfu (exo) DNA polymerase (Stratagene, Heidelberg, Germany), a final concentration of 200 μM of each dNTP and 5 μl of 10 × Pfu buffer (200 mM Tris-HCl, pH 8, 75, 100 mM KCl, 100 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 1% Triton X-100, 1 mg / ml BSA (Stratagene, Heidelberg, Germany) were used in a final volume of 50 μl Thermocycler (OmniGene, MWG-Biotech, Ebersberg, Germany) using the following program: 92 ° C for 1 minute, 60 ° C for 1 minute and 72 ° C for 1 minute with 20 cycles Sequence of the oligodeoxynucleotides (HPLC purified obtained from MWG-Biotech, Ebersberg, Germany):
Figure 00630002

Reinigung der amplifizierten Produkte:Purification of amplified products:

Zur Aufzeichnung jedes Spektrums wurde eine PCR, 50 μl, (durchgeführt wie oben beschrieben) verwendet. Die Reinigung erfolgte nach folgendem Verfahren: Ultrafiltration wurde unter Verwendung von Ultrafree-MC-Filtrationseinheiten (Millipore, Eschborn, Deutschland) gemäß dem Protokoll des Herstellers mit einer Zentrifugation bei 8000 U/min für 20 Minuten durchgeführt. 25 μl (10 μg/μl) Streptavidin-Dynabeads (Dynal, Hamburg, Deutschland) wurden gemäß den Angaben des Herstellers hergestellt und in 25 μl B/W-Puffer (10 mM Tris-HCl, pH 7,5, 1 mM EDTA, 2 M NaCl) resuspendiert. Diese Suspension wurde zu den noch in der Filtrationseinheit befindlichen PCR-Proben zugegeben, und das Gemisch wurde unter leichtem Schütteln für 15 Minuten bei Umgebungstemperatur inkubiert. Die Suspension wurde in ein 1,5 ml Eppendorf-Röhrchen überführt, und der Überstand wurde mit Hilfe eines Magnet-Partikel-Sammlers, MPC, (Dynal, Hamburg, Deutschland) entfernt. Die Perlen wurden zweimal mit 50 μl 0,7 M Ammoniumcitrat-Lösung, pH 8,0, gewaschen (der Überstand wurde jedesmal unter Verwendung des MPC entfernt). Die Abspaltung von den Perlen kann unter Verwendung von Formamid bei 90°C erzielt werden. Der Überstand wurde für etwa eine Stunde in einer Speedvac getrocknet und in 4 μl ultrareinem Wasser (MilliQ UF plus, Millipore, Eschborn, Deutschland) resuspendiert. Diese Präparation wurde für die MALDI-TOF MS-Analyse verwendet.To record each spectrum, a PCR, 50 μl, (performed as described above) was used. The purification was carried out according to the following procedure: Ultrafiltration was carried out using Ultraf ree MC filtration units (Millipore, Eschborn, Germany) according to the manufacturer's protocol with a centrifugation at 8000 rpm for 20 minutes. 25 μl (10 μg / μl) streptavidin-Dynabeads (Dynal, Hamburg, Germany) were prepared according to the manufacturer's instructions and dissolved in 25 μl B / W buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA, 2 M NaCl). This suspension was added to the PCR samples still in the filtration unit and the mixture was incubated with gentle shaking for 15 minutes at ambient temperature. The suspension was transferred to a 1.5 ml Eppendorf tube and the supernatant was removed using a magnetic particle collector, MPC (Dynal, Hamburg, Germany). The beads were washed twice with 50 μl of 0.7 M ammonium citrate solution, pH 8.0 (the supernatant was removed each time using the MPC). The cleavage from the beads can be achieved using formamide at 90 ° C. The supernatant was dried in a Speedvac for about one hour and resuspended in 4 μl of ultrapure water (MilliQ UF plus, Millipore, Eschborn, Germany). This preparation was used for MALDI-TOF MS analysis.

MALDI-TOF MS:MALDI-TOF MS:

Ein halber Mikroliter der Probe wurde in den Probenhalter pipettiert, dann sofort mit 0,5 μl Matrixlösung (0,7 M3-Hydroxypicolinsäure, 50% Acetonitril, 70 mM Ammoniumcitrat) vermischt. Dieses Gemisch wurde bei Umgebungstemperatur getrocknet und in das Massenspektrometer eingeführt. Alle Spektren wurden im Positiv-Ionen-Modus unter Verwendung eines Finnigan MAT Vision 2000 (Finnigan MAT, Bremen, Deutschland), ausgestattet mit einem Reflektron (5 keV Ionenquelle, 20 keV Nachbeschleunigung) und einem 337-nm-Stickstofflaser, aufgenommen. Die Kalibrierung erfolgte mit einem Gemisch aus einem 40-mer und einem 100-mer. Jede Probe wurde mit unterschiedlichen Laserenergien gemessen. In den negativen Proben wurde das amplifizierte Produkt weder mit niedrigeren noch mit höheren Laserenergien nachgewiesen. In den positiven Proben wurde das amplifizierte Produkt an verschiedenen Stellen des Probenpunktes und auch mit unterschiedlichen Laserenergien nachgewiesen.One half microliter of the sample was pipetted into the sample holder, then immediately with 0.5 μl Matrix solution (0.7 M3 hydroxypicolinic, 50% acetonitrile, 70 mM ammonium citrate). This mixture was dried at ambient temperature and placed in the mass spectrometer introduced. All spectra were recorded in positive ion mode using a Finnigan MAT Vision 2000 (Finnigan MAT, Bremen, Germany) with a reflectron (5 keV ion source, 20 keV post-acceleration) and a 337 nm nitrogen laser. The calibration was carried out with a mixture of a 40-mer and a 100-mer. each Sample was measured with different laser energies. In the negative samples, the amplified product was neither lower even with higher ones Laser energies detected. In the positive samples, the amplified Product at different points of the sample point and also with demonstrated different laser energies.

ERGEBNISSERESULTS

Ein geschachteltes PCR-System wurde zum Nachweis von HBV-DNA in Blutproben verwendet, wobei Oligonukleotide eingesetzt wurden, die zum c-Bereich des HBV-Genoms komplementär sind (Primer 1: beginnend an der Kartenposition 1763, Primer 2 beginnend an der Kartenposition 2032 des komplementären Strangs), die das HBV-Nukleocapsid-Antigen (HBVcAg) codieren. Die DNA wurde aus Patientenserum gemäß Standardprotokollen isoliert. Eine erste PCR wurde mit der DNA aus diesen Präparationen unter Verwendung eines ersten Satzes von Primern durchgeführt. Wenn HBV-DNA in der Probe vorlag, so wurde ein DNA-Fragment mit 269 bp gebildet.One nested PCR system was used to detect HBV DNA in blood samples used, where oligonucleotides were used, the c-range of the HBV genome are complementary (primer 1: starting at map position 1763, primer 2 starting at the Map position 2032 of the complementary strand) containing the HBV nucleocapsid antigen (HBVcAg). The DNA was prepared from patient serum according to standard protocols isolated. An initial PCR was performed with the DNA from these preparations performed using a first set of primers. If HBV DNA was present in the sample, a DNA fragment of 269 bp educated.

In der zweiten Reaktion wurden Primer verwendet, die komplementär zu einem Bereich innerhalb des in der ersten PCR gebildeten PCR-Fragrnents waren. Wenn HBV-verwandte amplifizierte Produkte in der ersten PCR vorlagen, so wurde in dieser geschachtelten PCR ein DNA-Fragment mit 67 bp gebildet (siehe 25A). Die Verwendung eines geschachtelten PCR-Systems zum Nachweis stellt eine hohe Empfindlichkeit bereit und dient außerdem als Spezifitätskontrolle für die externe PCR (Rolfs et al. (1992) PCR: Clinical Diagnostics and Research, Springer, Heidelberg). Ein weiterer Vorteil ist, dass die Menge der in der zweiten PCR erzeugten Fragmente groß genug ist, um einen unproblematischen Nachweis zu gewährleisten, auch wenn Reinigungsverluste nicht vermieden werden können.In the second reaction, primers were used which were complementary to a region within the PCR fragment formed in the first PCR. When HBV-related amplified products were present in the first PCR, a 67 bp DNA fragment was generated in this nested PCR (see 25A ). The use of a nested PCR system for detection provides high sensitivity and also serves as a specificity control for external PCR (Rolfs et al (1992) PCR: Clinical Diagnostics and Research, Springer, Heidelberg). Another advantage is that the amount of fragments generated in the second PCR is large enough to ensure unproblematic detection, even if purification losses can not be avoided.

Die Proben wurden unter Verwendung von Ultrafiltration an Restreptavidin Dynabeads gereinigt. Diese Reinigung wurde durchgeführt, da die kürzeren Primer-Fragmente aus sterischen Gründen in höherem Maß an den Perlen immobilisiert waren. Die Immobilisierung wurde direkt an der Ultrafiltrationsmembran durchgeführt, um Substanzverluste aufgrund von unspezifischer Absorption an die Membran zu vermeiden. Nach der Immobilisierung wurden die Perlen mit Ammoniumcitrat gewaschen, um einen Kationenaustausch durchzuführen (Pieles et al. (1993) Nucl. Acids Res. 21:3191–3196). Die immobilisierte DNA wurde unter Verwendung von 25%-igem Ammoniak von den Perlen abgespalten, was die Abspaltung der DNA von den Perlen innerhalb sehr kurzer Zeit ermöglicht, aber nicht zur Einführung von Natrium- oder anderen Kationen führt.The Samples were assayed using ultrafiltration on residual reptavidin Dynabeads cleaned. This cleaning was done since the shorter ones Primer fragments for steric reasons in higher Measure the beads were immobilized. The immobilization became direct performed on the ultrafiltration membrane due to substance losses to avoid nonspecific absorption to the membrane. To immobilization, the beads were washed with ammonium citrate, to carry out a cation exchange (Pieles et al. Nucl. Acids Res. 21: 3191-3196). The immobilized DNA was purified using 25% ammonia cleaved off from the beads, resulting in the cleavage of the DNA from the beads within a very short time, but not for introduction of sodium or other cations.

Die geschachtelten PCRs und die MALDI-TOF-Analyse wurden durchgeführt, ohne die Ergebnisse der serologischen Analyse zu kennen. Aufgrund des unbekannten Virustiters wurde jede Probe der ersten PCR unverdünnt als Matrize bzw. in einer 1:10-Verdünnung eingesetzt.The Nested PCRs and MALDI-TOF analysis were performed without to know the results of the serological analysis. Due to the unknown virus titer was used undiluted as each sample of the first PCR Template or in a 1:10 dilution used.

Probe 1 wurde von einem Patienten mit chronischer aktiver HBV-Infektion genommen, der in den Hbs- und Hbe-Antigen-Tests positiv war, aber negativ in einer Dot-Blot Analyse. Probe 2 war eine Serumprobe von einem Patienten mit einer aktiven HBV-Infektion und einer massiven Virämie, der in einer Dot-Blot-Analyse HBV-positiv war. Probe 3 war eine denaturierte Serumprobe, daher konnte keine serologische Analyse durchgeführt werden, ein nachgewiesener erhöhter Spiegel an Transaminasen wies auf eine Lebererkrankung hin. In einer Autoradiogramm-Analyse (24) war die erste PCR dieser Probe negativ. Dennoch gab es einige Hinweise auf eine HBV-Infektion. Diese Probe ist für die MALDI-TOF-Analyse von Interesse, da sie zeigt, dass sogar geringe Mengen an amplifizierten Produkten nach dem Reinigungsverfahren nachgewiesen werden können. Probe 4 stammte von einem Patienten, der von einer HBV-Infektion geheilt worden war. Die Proben 5 und 6 wurden von Patienten mit einer chronischen aktiven HBV-Infektion entnommen.Sample 1 was taken from a patient with chronic active HBV infection who was positive in the Hbs and Hbe antigen tests but negative in a dot blot analysis. Sample 2 was a serum sample of a patient with active HBV infection and massive viremia who was HBV positive in a dot blot analysis. Sample 3 was a denatured serum sample, therefore no serological analysis could be performed, a confirmed elevated level of transaminases indicated liver disease. In an autoradiogram analysis ( 24 ), the first PCR of this sample was negative. Nevertheless, there was some evidence of HBV infection. This sample is of interest for MALDI-TOF analysis because it shows that even small amounts of amplified products can be detected after the purification process. Sample 4 was from a patient who had been cured of HBV infection. Samples 5 and 6 were taken from patients with chronic active HBV infection.

24 zeigt die Ergebnisse einer PAGE-Analyse der geschachtelten PCR-Reaktion. Ein amplifiziertes Produkt ist in den Proben 1, 2, 3, 5 und 6 deutlich zu erkennen. In Probe 4 wurde kein amplifiziertes Produkt gebildet, sie ist tatsächlich gemäß der serologischen Analyse HBV-negativ. Die negativen und positiven Kontrollen sind mit + bzw. -bezeichnet. Amplifikationsartefakte sind sichtbar in den Bahnen 2, 5, 6 und +, wenn unverdünnte Matrize verwendet wurde. Diese Artefakte wurden nicht gebildet, wenn die Matrize in einer 1:10-Verdünnung eingesetzt wurde. In Probe 3 war das amplifizierte Produkt kaum nachweisbar, wenn die Matrize nicht verdünnt wurde Die Ergebnisse der PAGE-Analyse stimmen mit den durch serologische Analyse erhaltenen Daten überein, mit Ausnahme von Probe 3, wie vorstehend erläutert. 24 shows the results of a PAGE analysis of the nested PCR reaction. An amplified product can be clearly seen in Samples 1, 2, 3, 5 and 6. In sample 4 no amplified product was formed, in fact it is HBV negative according to the serological analysis. The negative and positive controls are labeled + and - respectively. Amplification artifacts are visible in lanes 2, 5, 6, and + when undiluted template was used. These artifacts were not formed when the template was used in a 1:10 dilution. In Sample 3, the amplified product was barely detectable when the template was not diluted. The results of the PAGE analysis are consistent with the data obtained by serological analysis, except Sample 3, as discussed above.

25A zeigt ein Massenspektrum eines geschachtelt amplifizierten Produkts von Probe Nummer 1, das wie vorstehend beschrieben erzeugt und gereinigt wurde. Das Signal bei 20754 Da stellt das einzelsträngige amplifizierte Produkt dar (berechnet: 20735 Da als durchschnittliche Masse beider Stränge des von den Perlen abgespaltenen amplifizierten Produkts). Der Massenunterschied von berechneter und erhaltener Masse beträgt 19 Da (0,09%). Wie in 25A gezeigt ist, lieferte Probe Nummer 1 eine große Menge an amplifiziertem Produkt, was zu einem zweifelsfreien Nachweis führte. 25A Figure 3 shows a mass spectrum of a nested amplified product of sample number 1 which was generated and purified as described above. The signal at 20754 Da represents the single-stranded amplified product (calculated: 20735 Da as the average mass of both strands of the amplified product cleaved from the beads). The mass difference of calculated and obtained mass is 19 Da (0.09%). As in 25A No. 1 showed a large amount of amplified product, resulting in unequivocal detection.

25B zeigt ein Spektrum, das von Probe Nummer 3 erhalten wurde. Wie in 24 dargestellt, ist die Menge des in diesem Abschnitt gebildeten, amplifizierten Produkts signifikant geringer als die von Probe Nummer 1. Trotzdem wird das amplifizierte Produkt deutlich mit einer Masse von 20751 Da (berechnet 20735) nachgewiesen. Der Massenunterschied beträgt 16 Da (0,08%). Das in 25C gezeigte Spektrum wurde von Probe Nummer 4 erhalten, die HBV-negativ ist (wie ebenfalls in 24 gezeigt). Wie erwartet, konnten keine dem amplifizierten Produkt entsprechenden Signale nachgewiesen werden. Alle in 25 gezeigten Proben wurden mit MALDI-TOF-MS analysiert, wobei amplifiziertes Produkt in allen HBV-positiven Proben, aber nicht in den HBV-negativen Proben nachgewiesen wurde. Diese Ergebnisse wurden in mehreren unabhängigen Experimenten bestätigt. 25B shows a spectrum obtained from sample number 3. As in 24 However, the amount of amplified product formed in this section is significantly less than that of Sample No. 1. Nevertheless, the amplified product is clearly detected with a mass of 20751 Da (calculated 20735). The mass difference is 16 Da (0.08%). This in 25C Spectrum shown was obtained from sample number 4, which is HBV negative (as also in 24 shown). As expected, no signals corresponding to the amplified product could be detected. Alone 25 samples were analyzed by MALDI-TOF-MS, with amplified product detected in all HBV-positive samples but not in the HBV-negative samples. These results were confirmed in several independent experiments.

BEISPIEL 6EXAMPLE 6

Analyse von Ligasekettenreaktionsprodukten durch MALDI-TOF-MassenspektrometrieAnalysis of ligase chain reaction products by MALDI-TOF mass spectrometry

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Oligodesoxynukleotideoligodeoxynucleotides

Mit Ausnahme des biotinylierten Oligonukleotids wurden alle anderen Oligonukleotide in einem 0,2 μmol-Maßstab an einem MilliGen 7500 DNA-Synthesegerät (Millipore, Redford, MA, USA) unter Verwendung des β-Cyanoethylphosphoramidit-Verfahrens (Sinha, N. D. et al. (1984) Nucleic Acids Res. 12:4539–4577) synthetisiert. Die Oligodesoxynukleotide wurden RP-HPLC-gereinigt und die Schutzgruppen wurden gemäß Standardprotokollen entfernt. Das biotinylierte Oligodesoxynukleotid wurde (HPLC-gereinigt) von Biometra, Göttingen, Deutschland bezogen. Sequenzen und berechnete Massen der verwendeten Oligonukleotide:

Figure 00670001
With the exception of the biotinylated oligonucleotide, all other oligonucleotides were assayed on a 0.2 μmol scale on a MilliGen 7500 DNA Synthesizer (Millipore, Redford, MA, USA) using the β-cyanoethyl phosphoramidite method (Sinha, ND et al Nucleic Acids Res. 12: 4539-4577). The oligodeoxynucleotides were RP-HPLC purified and the protecting groups were removed according to standard protocols. The biotinylated oligodeoxynucleotide was obtained (HPLC purified) from Biometra, Göttingen, Germany. Sequences and calculated masses of the oligonucleotides used:
Figure 00670001

5'-Phosphorylierung der Oligonukleotide A und D5'-phosphorylation oligonucleotides A and D

Dies wurde mit Polynukleotidkinase (Boehringer, Mannheim, Deutschland) gemäß veröffentlichten Verfahren durchgeführt, die 5'-phosphorylierten Oligonukleotide wurden ungereinigt für die LCR verwendet.This was with polynucleotide kinase (Boehringer, Mannheim, Germany) according to published procedures carried out, the 5'-phosphorylated Oligonucleotides were used unpurified for the LCR.

Ligasekettenreaktionligase chain reaction

Die LCR wurde mit Pfu-DNA-Ligase und einem Ligasekettenreaktionskit (Stratagene, Heidelberg, Deutschland), das zwei verschiedene pBluescript-KII Phagemide enthielt, durchgeführt. Eines trägt die Wildtypform des E. coli-lacI-Gens und das andere eine Mutante dieses Gens mit einer einzelnen Punktmutation bei bp 191 des lacI-Gens.The LCR was performed with Pfu DNA ligase and a ligase chain reaction kit (Stratagene, Heidelberg, Germany) containing two different pBluescript-KII Phagemide contained. One carries the wild-type form of the E. coli lacI gene and the other a mutant this gene with a single point mutation at bp 191 of the lacI gene.

Die nachstehenden LCR-Bedingungen wurden für jede Reaktion verwendet: 100 pg Matrizen-DNA (0,74 fmol) mit 500 pg Ultraschall-behandelter Lachssperma-DNA als Träger, 25 ng (3,3 pmol) von jedem 5'-phosphorylierten Oligonukleotid, 20 ng (2,5 pMol) von jedem nicht-phosphorylierten Oligonukleotid, 4 E Pfu-DNA-Ligase in einem Endvolumen von 20 μl, gepuffertes ss-50-mer (1 fMol) wurde als Matrize verwendet, in diesem Fall war Oligo C ebenfalls biotinyliert. Alle Reaktionen wurden in einem Thermocycler (OnmiGene, MWG-Biotech, Ebersberg, Deutschland) mit dem folgenden Programm durchgeführt: 4 Minuten 92°C, 2 Minuten 60°C und 25 Zyklen von 20 Sekunden 92°C, 40 Sekunden 60°C. Außer für die HPLC-Analyse wurde das biotinylierte Ligationsedukt C verwendet. In einem Kontrollexperiment lieferten biotinylierte und nicht-biotinylierte Oligonukleotide die gleichen gelelektrophoretischen Ergebnisse. Die Reaktionen wurden auf 7,5%-igen Polyacrylamidgels analysiert. Ligationsprodukt 1 (Oligo A und B) berechnete Masse: 15450 Da, Ligationsprodukt 2 (Oligo C und D) berechnete Masse: 15387 Da.The The following LCR conditions were used for each reaction: 100 pg of template DNA (0.74 fmol) with 500 pg of ultrasound-treated Salmon sperm DNA as a carrier, 25 ng (3.3 pmol) of each 5'-phosphorylated Oligonucleotide, 20 ng (2.5 pmoles) of each non-phosphorylated Oligonucleotide, 4 U Pfu DNA ligase in a final volume of 20 μl, buffered ss-50-mer (1 fmole) was used as the template, in this case Oligo C also biotinylated. All reactions were in one Thermocycler (OnmiGene, MWG-Biotech, Ebersberg, Germany) with performed the following program: 4 minutes 92 ° C, 2 minutes 60 ° C and 25 cycles of 20 seconds 92 ° C, 40 seconds 60 ° C. Except for the HPLC analysis, the biotinylated Ligationseduct C was used. In a control experiment biotinylated and non-biotinylated Oligonucleotides the same gel electrophoresis results. The reactions were analyzed on 7.5% polyacrylamide gels. Ligation product 1 (oligo A and B) calculated mass: 15450 Da, ligation product 2 (oligo C and D) calculated mass: 15387 Da.

SMART-HPLCSMART-HPLC

Ionenaustausch-HPLC (IE-HPLC) wurde auf dem SMART-System (Pharmacia, Freiburg, Deutschland) unter Verwendung einer Pharmacia-MonoQ, PC 1,6/5-Säule durchgeführt. Die Elutionsmittel waren Puffer A (25 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA und 0,3 M NaCl bei pH 8,0) und Puffer B (wie A, aber 1 M NaCl). Ausgehend von 100% A für 5 Minuten bei einer Fließgeschwindigkeit von 50 μl/min wurde ein Gradient von 0 auf 70% B innerhalb von 30 Minuten angelegt, dann wurde in 2 Minuten auf 100% B erhöht und 5 Minuten bei 100% B gehalten. Zwei vereinigte LCR-Volumina (40 μl), die entweder mit Wildtyp- oder Mutantenmatrize durchgeführt worden waren, wurden injiziert.Ion exchange HPLC (IE-HPLC) was on the SMART system (Pharmacia, Freiburg, Germany) using a Pharmacia MonoQ, PC 1.6 / 5 column. The Eluents were Buffer A (25 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA and 0.3 M NaCl at pH 8.0) and Buffer B (as A but 1 M NaCl). Starting from 100% A for 5 minutes at a flow rate of 50 μl / min a gradient from 0 to 70% B was created within 30 minutes, then increased to 100% B in 2 minutes and held at 100% B for 5 minutes. Two combined LCR volumes (40 μl), carried out with either wild-type or mutant template were injected.

Probenherstellung für MALDI-TOF MSSample preparation for MALDI-TOF MS

Herstellung von immobilisierter DNA: Zur Aufnahme jedes Spektrums wurden zwei LCRs (durchgeführt wie vorstehend beschrieben) vereinigt und 1:1 mit 2 × B/W-Puffer (10 mM Tris-HCl, pH 7,5, 1 mM EDTA, 2 M NaCl) verdünnt. Zu den Proben wurden 5 μl Streptavidin-DynaBeads (Dynal, Hamburg, Deutschland) zugegeben, und man ließ das Gemisch unter leichtem Schütteln für 15 Minuten bei Umgebungstemperatur binden. Der Überstand wurde unter Verwendung eines Magnet-Partikel-Sammlers, MPC, (Dynal, Hamburg, Deutschland) entfernt, und die Perlen wurden zweimal mit 50 μl 0,7 M Ammoniumcitrat-Lösung (pH 8,0) gewaschen (der Überstand wurde jedes mal unter Verwendung des MPC entfernt). Die Perlen wurden in 1 μl ultrareinem Wasser (MilliQ, Millipore, Redford, Mabelow) resuspendiert.manufacturing of Immobilized DNA: Two were taken to record each spectrum LCRs (performed as described above) and 1: 1 with 2 x B / W buffer (10mM Tris-HCl, pH 7.5, 1mM EDTA, 2M NaCl). To the samples were 5 μl Streptavidin-DynaBeads (Dynal, Hamburg, Germany) added and you left that Mix with gentle shaking for 15 Bind minutes at ambient temperature. The supernatant was used of a magnetic particle collector, MPC, (Dynal, Hamburg, Germany) were removed, and the beads were washed twice with 50 μl of 0.7 M ammonium citrate solution (pH 8.0) (the supernatant was removed each time using the MPC). The pearls were in 1 μl Ultra-pure water (MilliQ, Millipore, Redford, Mabelow) resuspended.

Kombination von Ultrafiltration und Streptavidin-DynaBeads: Zur Aufnahme des Spektrums wurden zwei LCRs (durchgeführt wie vorstehend beschrieben) vereinigt, 1:1 mit 2 × B/W-Puffer verdünnt und mit einer 5000-NMWL-Ultrafree-MC-Filtereinheit (Millipore, Eschborn, Deutschland) nach den Angaben des Herstellers aufkonzentriert. Nach dem Aufkonzentrieren wurden die Proben mit 300 μl 1 × B/W-Puffer gewaschen, und Streptavidin-DynaBeads wurden zugegeben. Die Perlen wurden einmal in der Ultrafree-MC-Filtrationseinheit mit 300 μl 1 × B/W-Puffer gewaschen und wie vorstehend beschrieben weiterverarbeitet. Die Perlen wurden in 30 bis 50 μl 1 × B/W-Puffer resuspendiert und in ein 15 ml-Eppendorf-Röhrchen überführt. Der Überstand wurde entfernt, und die Perlen wurden zweimal mit 50 μl 0,7 M Ammoniumcitrat (pH 8,0) gewaschen. Schließlich wurden die Perlen einmal mit 30 μl Aceton gewaschen und in 1 μl ultrareinem Wasser resuspendiert. Das Ligierungsgemisch wurde nach der Immobilisierung an Perlen wie nachstehend beschrieben für die MALDITOF-MS Analyse verwendet.combination of Ultrafiltration and Streptavidin DynaBeads: To Include the Spectrum were two LCRs (performed as described above) combined, 1: 1 with 2 × B / W buffer dilute and with a 5000 NMW Ultrafree MC filter unit (Millipore, Eschborn, Germany) according to the manufacturer's instructions. To After concentration, the samples were washed with 300 μl of 1 × B / W buffer, and streptavidin-DynaBeads were added. The beads were washed once in the Ultrafree MC filtration unit 300 μl of 1 × B / W buffer washed and further processed as described above. The Beads were in 30 to 50 μl 1 × B / W buffer resuspended and transferred to a 15 ml Eppendorf tube. The supernatant was removed, and the beads were washed twice with 50 μl Washed with 0.7 M ammonium citrate (pH 8.0). Eventually the beads became one with 30 μl Washed acetone and in 1 ul resuspended in ultrapure water. The ligation mixture was after immobilization on beads as described below for MALDITOF MS Analysis used.

MALDI-TOF MSMALDI-TOF MS

Eine Suspension von Streptavidin-beschichteten Magnetperlen mit der immobilisierten DNA wurde auf den Probenhalter pipettiert, dann sofort mit 0,5 μl Matrixlösung (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure in 50% Acetonitril, 70 mM Ammoniumcitrat) vermischt. Dieses Gemisch wurde bei Umgebungstemperatur getrocknet und in das Massenspektrometer eingebracht. Alle Spektren wurden im Positiv-Ionen-Modus unter Verwendung eines Finnigan MAT Vision 2000 (Finnigan MAT, Bremen, Deutschland), ausgestattet mit einem Reflektron (5 keV Ionenquelle, 20 keV Nachbeschleunigung) und einem Stickstofflaser (337 nm), aufgenommen. Für die Analyse von Pfu-DNA-Ligase wurden 0,5 μl der Lösung auf dem Probenhalter mit 1 μl der Matrixlösung vermischt und wie oben beschrieben präpariert. Für die Analyse von ungereinigten LCRs wurde 1 μl einer LCR mit 1 μl Matrixlösung gemischt.A suspension of streptavidin-coated magnetic beads with the immobilized DNA was added Pipette the sample holder, then mix immediately with 0.5 μl matrix solution (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid in 50% acetonitrile, 70 mM ammonium citrate). This mixture was dried at ambient temperature and introduced into the mass spectrometer. All spectra were recorded in positive-ion mode using a Finnigan MAT Vision 2000 (Finnigan MAT, Bremen, Germany) equipped with a reflectron (5 keV ion source, 20 keV post-acceleration) and a nitrogen laser (337 nm). For the analysis of Pfu DNA ligase, 0.5 μl of the solution on the sample holder was mixed with 1 μl of the matrix solution and prepared as described above. For the analysis of unpurified LCRs, 1 μl of an LCR was mixed with 1 μl of matrix solution.

ERGEBNISSERESULTS

Das E. coli-lacI-Gen diente als einfaches Modellsystem, um die Eignung von MALDI-TOF-MS als Nachweisverfahren für Produkte, die in Ligasekettenreaktionen hergestellt worden waren, zu untersuchen. Dieses Matrizensystem enthält ein E. coli lacI-Wildtypgen in einem pBluescript-KII-Phagemid und ein E. coli-lacI-Gen, das eine einzelne Punktmutation bei bp 191 trägt (C-nach-T-Transition; SEQ ID. Nr. 131) im selben Phagemid. Vier verschiedene Oligonukleotide wurden verwendet, die nur ligiert wurden, wenn das E. coli-lacI-Wildtypgen vorlag (26).The E. coli lacI gene served as a simple model system to test the suitability of MALDI-TOF-MS as a detection method for products made in ligase chain reactions. This template system contains an E. coli lacI wild-type gene in a pBluescript KII phagemid and an E. coli lacI gene carrying a single point mutation at bp 191 (C-to-T transition; SEQ ID NO: 131 ) in the same phagemid. Four different oligonucleotides were used, which were only ligated if the E. coli lacI wild-type gene was present ( 26 ).

Die LCR-Bedingungen wurden unter Verwendung von Pfu-DNA-Ligase optimiert, um mindestens 1 pmol Ligierungsprodukt in jeder positiven Reaktion zu erhalten. Die Ligierungsreaktionen wurden durch Polyacrylamidgelelektrophorese (PAGE) und HPLC auf dem SMART-System analysiert (27, 28 und 29). 27 zeigt eine PAGE einer positiven LCR mit Wildtyp-Matrize (Bahn 1), einer negativen LCR mit Mutantenmatrize (1 und 2) und eine negative Kontrolle, die Enzym, Oligonukleotide und keine Matrize, aber Lachssperma-DNA enthält. Die Gelelektrophorese zeigt deutlich, dass das Ligierungsprodukt (50 bp) nur in der Reaktion mit Wildtyp-Matrize hergestellt wurde, wohingegen weder die Matrize welche die Punktmutation trägt, noch die Kontrollreaktion mit Lachssperma-DNA Amplifikationsprodukte erzeugten. In 28 wurde HPLC eingesetzt, um zwei vereinigte LCRs mit Wildtypmatrize, die unter den selben Bedingungen durchgeführt wurden, zu analysieren. Das Ligierungsprodukt wurde deutlich nachgewiesen. 29 zeigt die Ergebnisse einer HPLC, bei der zwei vereinigte negative LCRs mit Mutantenmatrize analysiert wurden. Diese Chromatogramme bestätigen die in 27 gezeigten Daten, und zusammengenommen zeigen die Ergebnisse deutlich, dass das System nur dann Ligierungsprodukte in einer signifikanten Menge erzeugt, wenn die Wildtyp-Matrize bereitgestellt wird.The LCR conditions were optimized using Pfu DNA ligase to obtain at least 1 pmol of ligation product in each positive reaction. The ligation reactions were analyzed by polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) and HPLC on the SMART system ( 27 . 28 and 29 ). 27 Figure 4 shows a PAGE of a positive LCR with wild-type template (lane 1), a negative LCR with mutant template (1 and 2) and a negative control containing enzyme, oligonucleotides and no template, but salmon sperm DNA. Gel electrophoresis clearly shows that the ligation product (50 bp) was produced only in the wild-type template reaction, whereas neither the template bearing the point mutation nor the control reaction with salmon sperm DNA produced amplification products. In 28 HPLC was used to analyze two pooled wild-type LCRs that were run under the same conditions. The ligation product was clearly detected. 29 Figure 3 shows the results of HPLC analysis of two pooled mutant template negative LCRs. These chromatograms confirm the in 27 In summary, the results clearly show that the system only produces ligation products in a significant amount when the wildtype template is provided.

Geeignete Kontroll-Läufe wurden durchgeführt, um die Retentionszeiten der verschiedenen, an den LCR-Experimenten beteiligten Verbindungen zu bestimmen. Diese enthalten die vier Oligonukleotide (A, B, C und D), ein synthetisches ds-50-mer (mit derselben Sequenz wie das Ligierungsprodukt), die Wildtypmatrizen-DNA, Schall-behandelte Lachssperma-DNA und die Pfu-DNA-Ligase in Ligationspuffer.suitable Control runs have been performed, to the retention times of different, at the LCR experiments determine the connections involved. These contain the four Oligonucleotides (A, B, C and D), a synthetic ds-50-mer (with the same Sequence as the ligation product), the wild type template DNA, sonicated Salmon sperm DNA and Pfu DNA ligase in ligation buffer.

Um zu testen, welches Reinigungsverfahren verwendet werden sollte, bevor eine LCR-Reaktion durch MALDI-TOF-MS analysiert werden kann, wurden Aliquote einer ungereinigten LCR (30A) und Aliquote der Enzymstammlösung (30B) mittels MALDI-TOF-MS analysiert. Es stellte sich heraus, dass eine geeignete Probenpräparation absolut notwendig ist, da alle Signale in der ungereinigten LCR Signalen entsprechen, die in der MALDI-TOF-MS-Analyse der Pfu-DNA-Ligase erhalten werden. Die berechneten Massenwerte des Oligos A und des Ligierungsprodukts betragen 7521 Da bzw. 15450 Da. Die Daten in 30 zeigen, dass die Enzymlösung zu Massensignalen führt, welche die erwarteten Signale der Ligierungsedukte und -produkte stören und daher eine eindeutige Signalzuweisung unmöglich machen. Außerdem zeigten die Spektren Signale des Detergens Tween 20, das Bestandteil des Enzymlagerpuffers ist und das Kristallisationsverhalten des Analyt/Matrix-Gemischs in ungünstiger Weise beeinflusst.In order to test which purification method should be used before an LCR reaction can be analyzed by MALDI-TOF-MS, aliquots of an unpurified LCR ( 30A ) and aliquots of the enzyme stock solution ( 30B ) analyzed by MALDI-TOF-MS. It has been found that a suitable sample preparation is absolutely necessary since all signals in the unpurified LCR correspond to signals obtained in the MALDI-TOF-MS analysis of Pfu DNA ligase. The calculated mass values of Oligos A and the ligation product are 7521 Da and 15450 Da, respectively. The data in 30 show that the enzyme solution leads to mass signals that interfere with the expected signals of the ligation factors and products and therefore make a clear signal assignment impossible. In addition, the spectra showed signals from the detergent Tween 20, which is part of the enzyme storage buffer and adversely affects the crystallization behavior of the analyte / matrix mixture.

In einem Reinigungsformat wurden Streptavidin-beschichtete Magnetperlen verwendet. Wie in einer aktuellen Veröffentlichung gezeigt wurde, ist die direkte Desorption von DNA, die durch Watson-Crick-Basenpaarung an ein kovalent an die Perlen gebundenes komplementäres DNA-Fragment immobilisiert ist möglich, und ausschließlich der nicht biotinlyierte Strang desorbiert (Tang et al. (1995) Nucleic Acids Res. 23:3126–3131). Dieser Ansatz der Verwendung immobilisierter ds-DNA gewährleistet, dass nur der nicht-biotinylierte Strang desorbiert wird. Wenn nicht-immobilisierte ds-DNA analysiert wird, so werden beide Stränge desorbiert (Tang et al. (1994) Rapid Comm. Mass Spectrom. 7 183–186), was zu breiten Signalen führt, die vom Massenunterschied der beiden Einzelstränge abhängen. Daher werden bei der Anwendung dieses Systems für die LCR nur das unligierte Oligonukleotid A mit einer berechneten Masse von 7521 Da und das Ligierungsprodukt von Oligo A und Oligo B (berechnete Masse: 15450 Da) desorbiert, wenn Oligo C am 5'-Ende biotinyliert und an Streptavidin-beschichteten Perlen immobilisiert ist. Dies führt zu einer einfachen und zweifelsfreien Identifizierung der LCR-Edukte und -Produkte.In a purification format, streptavidin-coated magnetic beads were used. As shown in a recent publication, the direct desorption of DNA immobilized by Watson-Crick base pairing to a complementary DNA fragment covalently bound to the beads is possible, and only the non-biotinized strand is desorbed (Tang et al. 1995) Nucleic Acids Res. 23: 3126-3131). This approach of using immobilized ds DNA ensures that only the non-biotinylated strand is desorbed. When non-immobilized ds DNA is analyzed, both strands are desorbed (Tang et al., (1994) Rapid Comm. Mass Spectrom., 7, 183-186), resulting in broad signals that depend on the mass difference of the two single strands. Therefore, when using this system for LCR only the unligated oligonucleotide A with a calculated mass of 7521 Da and the ligation product of oligo A and oligo B (calculated mass: 15450 Da) are desorbed when oligo C is biotinylated at the 5 'end and immobilized on streptavidin-coated beads. This leads to a simple and two rock-free identification of LCR reactants and products.

31A zeigt ein MALDI-TOF-Massenspektrum, das von zwei vereinigten LCRs erhalten wurde (durchgeführt wie vorstehend beschrieben), die an Streptavidin-DynaBeads aufgereinigt und direkt von den Perlen desorbiert wurden, und es zeigt, dass das verwendete Reinigungsverfahren effizient war (verglichen mit 30). Ein Signal, welches das unligierte Oligo A darstellt, und ein Signal, das dem Ligierungsprodukt entspricht, konnten nachgewiesen werden. Die Übereinstimmung zwischen den berechneten und den experimentell gefundenen Massenwerte ist bemerkenswert und ermöglicht eine zweifelsfreie Peakzuordnung und den genauen Nachweis des Ligierungsprodukts. Im Gegensatz dazu in dem Spektrum, das von zwei vereinigten LCRs mit mutierter Matrize erhalten wurde, kein Ligierungsprodukt, sondern nur Oligo A im Spektrum nachgewiesen werden (31B). Die Spezifität und Selektivität der LCR-Bedingungen und die Empfindlichkeit des MALDI-TOF-Nachweises werden weiter demonstriert, wenn die Ligierungsreaktion in Abwesenheit einer spezifischen Matrize durchgeführt wird. 32 zeigt ein Spektrum, das aus zwei vereinigten LCRs erhalten wurde, in denen nur Lachssperma-DNA als negative Kontrolle verwendet wurde; wie erwartet konnte nur Oligo A nachgewiesen werden. 31A Figure 4 shows a MALDI-TOF mass spectrum obtained from two pooled LCRs (performed as described above) purified on streptavidin DynaBeads and desorbed directly from the beads, and shows that the purification method used was efficient (compared to 30 ). A signal representing the unligated oligo A and a signal corresponding to the ligation product could be detected. The correspondence between the calculated and experimentally found mass values is remarkable, allowing for unambiguous peak assignment and accurate detection of the ligation product. In contrast, in the spectrum obtained from two pooled LCRs with mutant template, no ligation product but only oligo A is detected in the spectrum ( 31B ). The specificity and selectivity of the LCR conditions and the sensitivity of MALDI-TOF detection are further demonstrated when the ligation reaction is performed in the absence of a specific template. 32 Figure 16 shows a spectrum obtained from two pooled LCRs using only salmon sperm DNA as a negative control; As expected, only Oligo A could be detected.

Während die in 31A gezeigten Ergebnisse mit Bahn 1 des Gels in 27 korreliert werden können, ist das in 31B gezeigte Spektrum äquivalent zu Bahn 2 in 27, und schließlich entspricht auch das Spektrum in 32 der Bahn 3 in 27. Die Ergebnisse sind in Einklang mit der in den 28 und 29 gezeigten HPLC-Analyse. Während Gelelektrophorese (27) und HPLC (28 und 29) entweder einen Überschuss oder eine fast gleiche Mengen an Ligierungsprodukt im Vergleich zu den Ligierungsedukten zeigen, liefert die Analyse durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie für das Ligierungsprodukt ein kleineres Signal (31A).While the in 31A shown results with lane 1 of the gel in 27 can be correlated, that is in 31B shown spectrum equivalent to lane 2 in 27 , and finally the spectrum in 32 the railway 3 in 27 , The results are consistent with that in the 28 and 29 shown HPLC analysis. During gel electrophoresis ( 27 ) and HPLC ( 28 and 29 ) show either an excess or an almost equal amount of ligation product in comparison to the ligation factors, analysis by MALDI-TOF mass spectrometry gives a lesser signal to the ligation product ( 31A ).

Die geringere Intensität des Ligierungsprodukt-Signals könnte auf unterschiedliche Desorptions-/Ionisationseffizienzen des 24- und des 50-mers zurückzuführen sein. Da der Tm-Wert einer Duplex mit 50 im Vergleich zu 24 Basenpaaren signifikant höher ist, könnte mehr 24-mer desorbiert sein. Eine Verringerung der Signalintensität kann auch von einem höheren Fragmentierungsgrad im Fall von längeren Oligonukleotiden herrühren.The lower intensity of the ligation product signal could be due to different desorption / ionization efficiencies of the 24- and 50-mer. Since the T m value of a duplex with 50 compared to 24 base pairs is significantly higher, could be 24-mer desorbed more. A decrease in signal intensity may also result from a higher degree of fragmentation in the case of longer oligonucleotides.

Ungeachtet der Reinigung mit Streptavidin-DynaBeads, zeigt 32 Spuren von Tween 20 im Bereich um 2000 Da. Substanzen mit viskoser Konsistenz beeinflussen das Kristallisationsverfahren negativ und können daher für die massenspektrometrische Analyse schädlich sein. Tween 20 und auch Glyzerin, die Bestandteil von Enzymlagerungspuffern sind, sollten daher vor der massenspektrometrischen Analyse vollständig entfernt werden. Aus diesem Grund wurde ein verbessertes Reinigungsverfahren untersucht, das vor der Behandlung mit DynaBeads einen zusätzlichen Ultrafiltrationsschritt beinhaltet. Tatsächlich führte diese Probenreinigung zu einer signifikanten Verbesserung der Leistung der MALDI-TOF-Massenspektrometrie.Regardless of purification with streptavidin-DynaBeads, shows 32 Traces of Tween 20 in the range around 2000 Da. Viscous consistency substances negatively affect the crystallization process and may therefore be detrimental to mass spectrometric analysis. Tween 20 and also glycerin, which are part of enzyme storage buffers, should therefore be completely removed prior to mass spectrometric analysis. For this reason, an improved purification process was investigated that involves an additional ultrafiltration step prior to treatment with DynaBeads. In fact, this sample purification led to a significant improvement in the performance of MALDI-TOF mass spectrometry.

33 zeigt Spektren, die von zwei vereinigten positiven (33A) bzw. negativen (33B) LCRs erhalten wurden. Die positive Reaktion wurde mit einem chemisch synthetisierten einzelsträngigen 50-mer als Matrize durchgeführt, mit einer Sequenz, die äquivalent zum Ligierungsprodukt der Oligos C und D war. Das Oligo C war 5'-biotinyliert. Daher wurde die Matrize nicht nachgewiesen. Wie erwartet, konnte nur das Ligierungsprodukt der Oligos A und B (berechnete Masse 15450 Da) von den immobilisierten und ligierten Oligos C und D desorbiert werden. Dieses neu erzeugte DNA-Fragment wird durch das Massensignal bei 15448 Da in 33A wiedergegeben. Verglichen mit 32A zeigt dieses Spektrum deutlich, dass dieses Verfahren der Probenherstellung Signale mit verbesserter Auflösung und Intensität erzeugt. 33 shows spectra obtained from two unified positive ( 33A ) or negative ( 33B ) LCRs were obtained. The positive reaction was performed with a chemically synthesized single-stranded 50-mer template, with a sequence equivalent to the ligation product of oligos C and D. Oligo C was 5'-biotinylated. Therefore, the template was not detected. As expected, only the ligation product of oligos A and B (calculated mass 15450 Da) could be desorbed from the immobilized and ligated oligos C and D. This newly generated DNA fragment is indicated by the mass signal at 15448 Da in 33A played. Compared to 32A This spectrum clearly demonstrates that this method of sample preparation produces signals with improved resolution and intensity.

BEISPIEL 7EXAMPLE 7

Mutationsnachweis durch Festphasen-Oligo-Basen-Extension eines Primers und Analyse durch MALDI-TOF Massenspektrometrie (Primer-Oligo-Basen-Extension = PROBE)Mutation detection by solid-phase oligo-base extension of a primer and analysis by MALDI-TOF mass spectrometry (primer oligo base extension = PROBE)

ZusammenfassungSummary

Durch das Festphasen-Oligo-Basen-Extensions-Verfahren werden Punktmutationen und kleine Deletionen sowie kleine Insertionen in amplifizierter DNA nachgewiesen. Das Verfahren beruht auf der Extension eines Nachweisprimers, der neben einer variablen Nukleotidposition an eine affinitätsgefangene amplifizierte Matrize hybridisiert, unter Verwendung einer DNA-Polymerase, eines Gemischs von drei dNTPs und des einen fehlenden Didesoxynukleotids. Die resultierenden Produkte werden durch MALDI-TOF Massenspektrometrie ohne weitere Markierungsverfahren bestimmt und aufgelöst. Das Ziel des folgenden Experiments war die Bestimmung von Mutanten- und Wildtyp-Allelen auf eine schnelle und verlässliche Weise.The solid-phase oligo-base extension technique detects point mutations and small deletions as well as small insertions in amplified DNA. The method relies on the extension of a detection primer which hybridizes next to a variable nucleotide position to an affinity-captured amplified template using a DNA polymerase, a mixture of three dNTPs and the one missing dideoxynucleotide. The resulting products are determined and resolved by MALDI-TOF mass spectrometry without further labeling procedures. The goal of the following experiment was the Be mood of mutant and wild-type alleles in a fast and reliable manner.

Beschreibung des ExperimentsDescription of the experiment

Bei dem Verfahren wurde ein einzelner Nachweisprimer verwendet, gefolgt von einem Oligonukleotid-Extensionsschritt, um Produkte zu erhalten, die sich in der Länge um einige, für Mutanten- oder Wildtyp-Allele spezifische Basen unterscheiden und die leicht durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie aufgelöst werden können. Das Verfahren ist unter Verwendung von Exon 10 des CFTR-Gens als Beispiel beschrieben. Das Exon 10 dieses Gens trägt die in vielen ethnischen Gruppen am weitesten verbreitete Mutation (ΔF508), die im homozygoten Zustand zum klinischen Phänotyp der Cystischen Fibrose führt.at a single detection primer was used followed by the procedure from an oligonucleotide extension step to obtain products which are in length to some, for Distinguish mutant or wild type allele specific bases and which can be easily resolved by MALDI-TOF mass spectrometry. The Method is exemplified using exon 10 of the CFTR gene described. The exon 10 of this gene carries in many ethnic Groups most prevalent mutation (ΔF508) in the homozygous state to the clinical phenotype which leads to cystic fibrosis.

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Genomische DNAGenomic DNA

Genomische DNA wurde von gesunden Individuen, Individuen, die homozygot oder heterozygot für die ΔF508-Mutation waren, und von einem Individuum, das heterozygot für die 1506S-Mutation war, gewonnen. Das Wildtyp- und das Mutantenallel wurden durch standardmäßige Sanger Sequenzierung -bestätigt.genomic DNA was from healthy individuals, individuals who homozygous or heterozygous for the ΔF508 mutation and from an individual heterozygous for the 1506S mutation was won. Wild type and mutant alleles were replaced by standard sanger Sequencing confirmed.

PCR-Amplifizierung von Exon 10 des CFTR-GensPCR amplification of exon 10 of the CFTR gene

Die Primer für die PCR-Amplifizierung waren CFEx10-F (5'-GCAAGTGAATCCTGAGCGTG-3' (SEQ ID Nr. 13), der sich im Intron 9 befand und biotinyliert war) und CFEx10-R (5'-GTGTGAAGGGCGTG-3' (SEQ ID Nr. 14), der sich im Intron 10 befand). Die Primer wurden in einer Konzentration von 8 pmol eingesetzt. TagPolymerase einschließlich 10×-Puffer wurde von Boehringer-Mannheim bezogen, und dNTPs wurden von Pharmacia erhalten. Das Gesamt-Reaktionsvolumen betrug 50 μl. Die Zyklusbedingungen für die PCR waren anfangs 5 min bei 95°C, gefolgt von 1 min bei 94°C, 45 sek bei 53°C und 30 sek bei 72°C für 40 Zyklen mit einer abschließenden Extensionszeit von 5 min bei 72°C.The Primer for the PCR amplification was CFEx10-F (5'-GCAAGTGAATCCTGAGCGTG-3 '(SEQ ID NO: 13), located in intron 9 and biotinylated) and CFEx10-R (5'-GTGTGAAGGGCGTG-3 '(SEQ ID NO: 14), which was in intron 10). The primers were in one concentration used of 8 pmol. Tag polymerase including 10x buffer was purchased from Boehringer Mannheim, and dNTPs were obtained from Pharmacia. The total reaction volume was 50 μl. The cycle conditions for the PCR was initially at 95 ° C for 5 min followed by 94 ° C for 1 min, 45 sec at 53 ° C and 30 sec at 72 ° C for 40 Cycles with a final Extension time of 5 min at 72 ° C.

Reinigung der amplifizierten ProduktePurification of the amplified products

Die Amplifikationsprodukte wurden unter Verwendung des PCR-Reinigungskits von Qiagen (Nr. 28106) nach den Angaben des Herstellers gereinigt. Die Elution der gereinigten Produkte von der Säule wurde in 50μl TE-Puffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7,5) durchgeführt.The Amplification products were generated using the PCR purification kit purified by Qiagen (No. 28106) according to the manufacturer's instructions. Elution of the purified products from the column was done in 50 μl of TE buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5).

Affinitäts-Einfang und Denaturieren der doppelsträngigen DNAAffinity capture and denaturation the double-stranded one DNA

10 μl-Aliquote des gereinigten amplifizierten Produkts wurden in ein Well einer Streptavidin-beschichteten Mikrotiterplatte (Nr. 1645684, Boehringer-Mannheim, oder Nr. 95029262, Labsystems) übertragen. Anschließend wurden 10 μl Inkubationspuffer (80 mM Natriumphosphat, 400 mM NaCl, 0,4% Tween 20, pH 7,5) und 30 l Wasser zugegeben. Nach Inkubation für 1 Stande bei Raumtemperatur wurden die Wells dreimal mit 200 μl Waschpuffer(40 mM Tris, 1 mM EDTA, 50 mM NaCl, 0,1% Tween 20, pH 8,8) gewaschen. Um die doppelsträngige DNA zu denaturieren, wurden die Wells für 3 min mit 100 μl einer 50 mM NaOH-Lösung behandelt und die Wells wurden dreimal mit 200 μl Waschpuffer gewaschen.10 μl aliquots of the purified amplified product were placed in a well of a Streptavidin-coated microtiter plate (No. 1645684, Boehringer-Mannheim, or No. 95029262, Labsystems). Subsequently were 10 μl Incubation buffer (80 mM sodium phosphate, 400 mM NaCl, 0.4% Tween 20, pH 7.5) and 30 l of water. After incubation for 1 times at room temperature, the wells were washed three times with 200 μl wash buffer (40 mM Tris, 1mM EDTA, 50mM NaCl, 0.1% Tween 20, pH 8.8). To the double-stranded To denature DNA, the wells were incubated for 3 min with 100 μl of a 50 mM NaOH solution and the wells were washed three times with 200 μl wash buffer.

Oligo-Basen-Extensions-ReaktionOligo base extension reaction

Die Anlagerung von 25 pmol des Nachweisprimers (CF508: 5'-CTATATTCATCATAGGAAACACCA-3' (SEQ ID Nr. 15) wurde in 50 μl Hybridisierungspuffer (20 mM Tris, 10 mM KCl, 10 mM (NH4)2SO4, 2 mM MgSO4, 1% Triton X-100, pH 8) bei 50°C für 10 min durchgeführt. Die Wells wurden dreimal mit 200 μl Waschpuffer und einmal in 200 μl TE-Puffer gewaschen. Die Extensionsreaktion wurde unter Verwendung einiger Komponenten des DNA-Sequenzierungs-Kits von USB (Nr. 70770) und von dNTPs oder ddNTPs von Pharmacia durchgeführt. Das Gesamt-Reaktionsvolumen betrug 45 μl und enthielt 21 μl Wasser, 6 μl Sequenase-Puffer, 3 μl 10 mM DTT-Lösung, 4,5 μl 0,5 mM von drei dNTPs, 4,5 μl 2 mM des fehlenden ddNTPs, 5,5 μl Glyzerin-Enzymverdünnungspuffer, 0,25 μl Sequenase 2.0 und 0,25 Pyrophosphatase. Die Reaktion wurde auf Eis pipettiert und dann für 15 min bei Raumtemperatur und 5 min bei 37°C inkubiert. Dann wurden die Wells dreimal mit 200 μl Waschpuffer und einmal mit 60 μl einer 70 mM NH4-Citrat-Lösung gewaschen.The annealing of 25 pmol of the detection primer (CF508: 5'-CTATATTCATCATAGGAAACACCA-3 '(SEQ ID NO: 15) was carried out in 50 μl of hybridization buffer (20 mM Tris, 10 mM KCl, 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 2 mM MgSO 4 , 1% Triton X-100, pH 8) at 50 ° C. for 10 min The wells were washed three times with 200 μl wash buffer and once in 200 μl TE buffer. Sequence kits from USB (# 70770) and from dNTPs or ddNTPs from Pharmacia, total reaction volume was 45 μl and contained 21 μl of water, 6 μl of Sequenase buffer, 3 μl of 10 mM DTT solution, 4.5 μl 0.5mM from three dNTPs, 4.5μl 2mM missing ddNTP, 5.5μl glycerol enzyme dilution buffer, 0.25μl Sequenase 2.0, and 0.25 pyrophosphatase The reaction was pipetted onto ice then added for 15 min Room temperature and incubated for 5 min at 37 ° C. Then the wells were washed three times with 200 μl washing buffer and once with 60 μl of a 70 mM NH 4 Citrate solution washed.

Denaturierung und Präzipitation des verlängerten PrimersDenaturation and precipitation of the prolonged primer

Der verlängerte Primer wurde in 50 μl 10% DMSO (Dimethylsulfoxid) in Wasser bei 80°C für 10 min denaturiert. Zur Fällung wurden 10 μl NH4-Acetat (pH 6,5), 0,5 μl Glykogen (10 mg/ml Wasser, Sigma Nr. G1765) und 100 μl absolutes Ethanol zum Überstand zugegeben und für 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert. Nach der Zentrifugation bei 13.000 g für 10 min wurde das Sediment in 70%-igem Ethanol gewaschen und in 1 μl 18 Mohm/cm H2O Wasser resuspendiert.The extended primer was denatured in 50 μl of 10% DMSO (dimethyl sulfoxide) in water at 80 ° C for 10 min. For precipitation, 10 μl of NH 4 acetate (pH 6.5), 0.5 μl of glycogen (10 mg / ml water, Sigma No. G1765) and 100 μl absolute ethanol were added to the supernatant and incubated for 1 hour at room temperature. After centrifugation at 13,000 g for 10 min, the sediment was washed in 70% ethanol and resuspended in 1 μl 18 Mohm / cm H 2 O water.

Probenherstellung und Analyse mit MALDI-TOF SpektrometrieSample preparation and analysis with MALDI-TOF spectrometry

Die Probenherstellung erfolgte, indem jeweils 0,3 μl der Matrixlösung (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure, 0,07 M zweibasisches Ammoniumcitrat in 1:1 H2O/CH3CN) und des resuspendierten DNA/Glykogen-Sediments auf einem Probenziel gemischt und an Luft trocknen gelassen wurden. Bis zu 20 Proben wurden punktförmig auf einer Sondenzielscheibe aufgetragen, die in den Quellenbereich eines unmodifizierten Thermo Bioanalysis (früher Finnigan) Visions 2000 MALDI-TOF eingebracht wurde, das im Reflektronmodus mit 5 bzw. 20 kV an der Ziel- bzw. der Umwandlungsdynode betrieben wurde. Die theoretischen durchschnittlichen Molekulargewichte (Mr(ber.)) wurden aus den Atomzusammensetzungen berechnet; die angegebenen experimentellen Mr-Werte Mr(exp.) sind diejenigen der einfach protonierten Form, die unter Verwendung von externer Kalibrierung bestimmt wurden.Samples were prepared by placing 0.3 μl each of the matrix solution (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid, 0.07 M dibasic ammonium citrate in 1: 1 H 2 O / CH 3 CN) and the resuspended DNA / glycogen sediment on a sample target mixed and allowed to air dry. Up to 20 samples were spotted on a probe target placed in the source area of an unmodified Thermo Bioanalysis (formerly Finnigan) Vision 2000 MALDI-TOF operating in reflectron mode at 5 and 20 kV at the target and conversion dynodes, respectively , The theoretical average molecular weights (M r (calc.)) Were calculated from the atomic compositions; the reported experimental M r values M r (exp.) are those of the single protonated form determined using external calibration.

ERGEBNISSERESULTS

Das Ziel des Experiments lag darin, ein schnelles und verlässliches Verfahren zu entwickeln, das unabhängig von den genauen Stringenzen für den Mutationsnachweis ist und zu hoher Qualität und hohem Durchsatz bei der Diagnose genetischer Erkrankungen führt. Daher wurde eine spezielle Art der DNA-Sequenzierung (Oligo-Basen-Extension eines Mutationsnachweisprimers) mit der Bestimmung der erhaltenen Mini-Sequenzierungsprodukte durch Matrix-gestützte Laserdesorptions/Ionisations-(MAIDI-)Massenspektrometrie (MS) kombiniert. Die Flugzeit-(TOF-)Reflektron-Anordnung wurde als mögliches Massenmesssystem gewählt. Um diese Hypothese zu beweisen, wurde die Untersuchung mit Exon 10 des CFTR-Gens durchgeführt, in dem einige Mutationen zum klinischen Phänotyp der Cystischen Fibrose, der häufigsten monogenetischen Erkrankung in der kaukasischen Population, führen können.The The aim of the experiment was a fast and reliable one Develop procedures that are independent of the exact stringencies for the Mutation detection is and to high quality and high throughput in the Diagnosis of genetic diseases leads. Therefore, became a special one Type of DNA sequencing (Oligo-base extension of a mutation detection primer) with the determination of the obtained mini-sequencing products by matrix-assisted laser desorption ionization (MAIDI) mass spectrometry (MS) combined. The time-of-flight (TOF) reflectron assembly was called potential Mass measuring system selected. To prove this hypothesis, the study was done with exon 10 of the CFTR gene performed in some mutations to the clinical phenotype of cystic fibrosis, the most common monogenic disease in the Caucasian population.

Die schematische Darstellung, wie in 34 angegeben, zeigt die erwarteten kurzen Segenzierungsprodukte mit der theoretisch berechneten Molekülmasse des Wildtyps und verschiedene Mutationen des Exons 10 des CFTR-Gens (SEQ ID Nr. 132). Die kurzen Sequenzierungsprodukte wurden unter Verwendung von entweder ddTTP (34A; SEQ ID Nr. 133–135) oder ddCTP (34B; SEQ ID Nr. 136–139) erzeugt, um einen definitiven, Sequenz-bezogenen Stopp in den naszierenden DNA-Strang einzuführen. Die MALDI-TOF-MS-Spektren von gesunden, für die Mutation heterozygoten und für die Mutation homozygoten Individuen sind in 35 dargestellt. Alle Proben wurden durch standardmäßige Sanger-Sequenzierung bestätigt, die keine Diskrepanz zu der massenspektrometrischen Analyse zeigte. Die Genauigkeit der experimentellen Messungen der verschiedenen Molekülmassen lagen innerhalb eines Bereich von minus 21,8 und plus 87,1 Dalton (Da) im erwarteten Bereich. Dies ermöglicht in jedem Fall eine definitive Interpretation der Ergebnisse. Ein weiterer Vorteil dieser Vorgehensweise ist der unzweideutige Nachweis der ΔI507-Mutation. In der ddTTP-Reaktion würde das Wildtyp-Allel nachgewiesen, wohingegen in der ddCTP-Reaktion die Drei-Basenpaar-Deletion offenbart würde.The schematic representation, as in 34 , shows the expected short sequencing products with the theoretically calculated molecular mass of the wild-type and various mutations of exon 10 of the CFTR gene (SEQ ID NO: 132). The short sequencing products were generated using either ddTTP ( 34A ; SEQ ID NO: 133-135) or ddCTP ( 34B ; SEQ ID NO: 136-139) to introduce a definitive, sequence-related stop into the nascent DNA strand. The MALDI-TOF-MS spectra of healthy mutation-heterozygous individuals homozygous for the mutation are in 35 shown. All samples were confirmed by standard Sanger sequencing, which showed no discrepancy to the mass spectrometric analysis. The accuracy of the experimental measurements of the various molecular masses were within the range of minus 21.8 and plus 87.1 daltons (Da) in the expected range. In any case, this allows a definitive interpretation of the results. Another advantage of this approach is the unambiguous detection of the ΔI507 mutation. In the ddTTP reaction, the wild type allele would be detected, whereas in the ddCTP reaction the three base pair deletion would be revealed.

Das beschriebene Verfahren ist bestens zum Nachweis einzelner Punktmutationen oder Mikroläsionen von DNA geeignet. Die sorgfältige Auswahl der Mutationsnachweisprimer eröffnet das Fenster für die Multiplexierung und führt zu einem hohen Durchsatz, einschließlich hoher Qualität bei der genetischen Diagnose, ohne dass die in vergleichbaren Allel-spezifischen Verfahren notwendigen exakten Stringenzen erforderlich sind. Aufgrund der Einzigartigkeit der genetischen Information ist die Oligo-Basen-Extension eines Mutationsnachweisprimers bei jedem Erkrankungsgen oder jedem polymorphen Bereich im Genom anwendbar, wie etwa bei einer variablen Anzahl an Tandem-Wiederholungen (VNTR) oder anderen Einzelnukleotid-Polymorphismen (z. B. Apolipoprotein E-Gen), wie hier ebenfalls beschrieben.The described method is best for detecting single point mutations or micro lesions suitable for DNA. The careful Selecting the mutation detection primer opens the window for multiplexing and leads at a high throughput, including high quality at the genetic diagnosis, without affecting the comparable allele-specific Procedure necessary exact stringencies are required. by virtue of The uniqueness of the genetic information is the oligo-base extension a mutation detection primer for each disease gene or each polymorphic region applicable in the genome, such as a variable Number of tandem repeats (VNTR) or other single nucleotide polymorphisms (eg, apolipoprotein E gene), as also described herein.

BEISPIEL 8EXAMPLE 8

Nachweis von Polymerasekettenreaktionsprodukten, die 7-Deazapurin-Einkeiten enthalten, mit Matrix-gestützter Laserdesorptions-/Ionisations-Flugzeit-(MALDI-TOF-)Massenspektrometrieproof of polymerase chain reaction products containing 7-deazapurine units, with matrix-based Laser desorption / ionization-time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

NukleinsäreamplifikationenNukleinsäreamplifikationen

Die folgenden Oligodesoxynukleotid-Primer wurden entweder gemäß Standard Phosphoramiditchemie (Sinha, N. D., et al. (1983) Tetrahedron Let. Bd. 24 S. 5843–5846; Sinha, N. D., et al. (1984) Nucleic Acids Res. Bd. 12 S. 4539–4557) an einem MilliGen 7500 DNA-Synthesegerät (Millipore, Redford, MA, USA) im 200 nmol-Maßstab synthetisiert oder von MWG-Biotech (Ebersberg, Deutschland, Primer 3) und Biometra (Göttingen, Deutschland, Primer 6–7) bezogen.The following oligodeoxynucleotide primers were either according to standard Phosphoramidite chemistry (Sinha, N.D., et al. (1983) Tetrahedron Let. Vol. 24 pp. 5843-5846; Sinha, N.D., et al. (1984) Nucleic Acids Res. Vol. 12 pp. 4539-4557) a MilliGen 7500 DNA synthesizer (Millipore, Redford, MA, USA) in 200 nmol scale or from MWG Biotech (Ebersberg, Germany, Primer 3) and Biometra (Goettingen, Germany, primers 6-7) based.

Figure 00780001
Figure 00780001

Der 99-mer- (SEQ ID Nr. 141) und der 200mer-DNA-Strang (SEQ ID Nr. 140; modifiziert und unmodifiziert) sowie das Ribo- und das 7-Deaza-modifizierte 100-mer wurden von pRFc1-DNA (10 ng, freundlicherweise zur Verfügung gestellt von S. Feyerabend, Universität Hamburg) in 100 μl Reaktionsvolumen amplifiziert, welches 10 mmol/l KCl, 10 mmol/l (NH4)2SO4, 20 mmol/l Tris-HCl (pH 8,8), 2 mmol/l MgSO4, (exo(–) Pseudococcus furiosus-(Pfu)Puffer, Pharmacia, Freiburg, Deutschland), 0,2 mmol/l jedes dNTPs (Pharmacia, Freiburg, Deutschland), 1 μmol/l jedes Primers und 1 Einheit exo(–) Pfu-DNA-Polymerase (Stratagene, Heidelberg, Deutschland) enthielt. Für das 99-mer wurden die Primer 1 und 2, für das 200-mer die Primer 1 und 3 und für das 100-mer die Primer 6 und 7 verwendet. Um 7-Deazapurinmodifizierte Nukleinsäuren zu erhalten wurden während der PCR-Amplifikation dATP und dGTP durch 7-Deaza-dATP und 7-Deaza-dGTP ersetzt. Die Reaktion wurde in einem Thermocycler (OmniGene, MWG-Biotech, Ebersberg, Deutschland) unter Verwendung des Zyklus: Denaturieren bei 95°C für 1 mm, Anlagern bei 51°C für 1 min und Extension bei 72°C für 1 min durchgeführt. Für alle PCRs betrug die Anzahl der Reaktionszyklen 30. Nach dem letzten Zyklus ließ man die Reaktion weitere 10 min bei 72°C verlängern.The 99-mer (SEQ ID NO: 141) and the 200-mer DNA strand (SEQ ID NO: 140; modified and unmodified) and the ribo and 7-deaza modified 100-mer were isolated from pRFc1 DNA (SEQ. ID. 10 ng, kindly provided by S. Feyerabend, University of Hamburg) in 100 μl reaction volume, which contains 10 mmol / l KCl, 10 mmol / l (NH 4 ) 2SO 4 , 20 mmol / l Tris-HCl (pH 8, 8), 2 mmol / l MgSO 4 , (exo (-) Pseudococcus furiosus (Pfu) buffer, Pharmacia, Freiburg, Germany), 0.2 mmol / l of each dNTP (Pharmacia, Freiburg, Germany), 1 μmol / l each primer and 1 unit of exo (-) Pfu DNA polymerase (Stratagene, Heidelberg, Germany). Primers 1 and 2 were used for the 99-mer, primers 1 and 3 for the 200-mer, and primers 6 and 7 for the 100-mer. To obtain 7-deazapurine-modified nucleic acids, dATP and dGTP were replaced by 7-deaza-dATP and 7-deaza-dGTP during the PCR amplification. The reaction was carried out in a thermocycler (OmniGene, MWG-Biotech, Ebersberg, Germany) using the cycle: denaturation at 95 ° C for 1 mm, annealing at 51 ° C for 1 min, and extension at 72 ° C for 1 min. For all PCRs, the number of reaction cycles was 30. After the last cycle, the reaction was allowed to continue for a further 10 minutes at 72 ° C.

Die 103-mer-DNA-Stränge (modifiziert und unmodifiziert; SEQ ID Nr. 245) wurden aus M13mp18 RFI-DNA (100 ng, Pharmacia, Freiburg, Deutschland) in 100 μl Reaktionsvolumen unter Verwendung der Primer 4 und 5 amplifiziert, wobei alle anderen Konzentrationen unverändert blieben. Die Reaktion wurde unter Verwendung des Zyklus: Denaturieren bei 95°C für 1 mm, Hybridisieren bei 40°C für 1 min und Extension bei 72°C für 1 min durchgeführt. Nach 30 Zyklen für das unmodifizierte bzw. 40 Zyklen für das modifizierte 103-mer wurden die Proben weitere 10 min bei 72°C inkubiert.The 103-mer DNA strands (modified and unmodified, SEQ ID NO: 245) were prepared from M13mp18 RFI DNA (100 ng, Pharmacia, Freiburg, Germany) in 100 μl reaction volume amplified using primers 4 and 5, all others Concentrations unchanged remained. The reaction was performed using the cycle: denature at 95 ° C for 1 mm, Hybridize at 40 ° C for 1 min and extension at 72 ° C for 1 min carried out. After 30 cycles for which were unmodified or 40 cycles for the modified 103-mer the samples for a further 10 min at 72 ° C incubated.

Synthese von 5'-[32-P]-markierten PCR-PrimernSynthesis of 5 '- [ 32 -P] -labeled PCR primers

Die Primer 1 und 4 wurden 5'-[32-P]-markiert, wobei T4-Polynukleotidkinase (Epicentre Technologies) und (γ-32P)-ATP (BLU/NGG/502A, Dupont, Deutschland) gemäß den Protokollen des Herstellers verwendet wurden. Die Reaktionen wurden durchgeführt, indem 10% der Primer 1 und 4 in der PCR unter ansonsten unveränderten Reaktionsbedingungen durch die markierten Primer ersetzt wurden. Die amplifizierten DNAs wurden durch Gelelektrophorese auf einem 10%-igen Polyacrylamidgel aufgetrennt. Die entsprechenden Banden wurden ausgeschnitten und auf einem Packard-TRI-CARS 460C-Flüssig-Szintillationssystem (Packard, CT, USA) gezählt.Primers 1 and 4 were labeled 5 '- [ 32 -P] using T4 polynucleotide kinase (Epicenter Technologies) and (γ- 32 P) ATP (BLU / NGG / 502A, Dupont, Germany) according to the manufacturer's protocols were used. The reactions were carried out by replacing 10% of primers 1 and 4 in the PCR under otherwise unchanged reaction conditions by the labeled primers. The amplified DNAs were separated by gel electrophoresis on a 10% polyacrylamide gel. The respective bands were excised and counted on a Packard TRI-CARS 460C liquid scintillation system (Packard, CT, USA).

Primer-Abspaltung von dem ribo-modifizierten PCR-ProduktPrimer cleavage of the ribo-modified PCR product

Die amplifizierte DNA wurde unter Verwendung von Ultrafree-MC-Filtereinheiten (30.000 NMWL) gereinigt, dann wurde sie in 100 μl 0,2 mol/l NaOH gelöst und für 25 Minuten auf 95°C erhitzt. Die Lösung wurde dann mit HCl (1 mol/l) angesäuert und für die MALDI-TOF-Analyse weiter gereinigt, wobei Ultrafree-MC-Filtereinheiten (10.000 NMWL) wie nachstehend beschrieben eingesetzt wurden.The Amplified DNA was prepared using Ultrafree-MC filter units (30,000 NMWL), then it was dissolved in 100 μl of 0.2 M NaOH and for 25 minutes to 95 ° C heated. The solution was then acidified with HCl (1 mol / L) and continued for MALDI-TOF analysis cleaned, using ultrafree MC filter units (10,000 NMWL) as used below.

Reinigung amplifizierter ProduktePurification of amplified products

Alle Proben wurden unter Verwendung von Ultrafree-MC-Einheiten, 30.000 NMWL, (Millipore, Eschborn, Deutschland) gemäß der Beschreibung des Herstellers gereinigt und aufkonzentriert. Nach der Lyophilisierung wurden die amplifizierten Produkte in 5 μl (3 μl für das 200-mer) ultrareinem Wasser gelöst. Diese Analytlösung wurde direkt für die MALDI-TOF Messungen verwendet.All Samples were prepared using Ultrafree-MC units, 30,000 NMWL, (Millipore, Eschborn, Germany) according to the manufacturer's description cleaned and concentrated. After lyophilization, the amplified products in 5 μl (3 μl for the 200-mer) dissolved in ultrapure water. This analyte solution was directly for uses the MALDI-TOF measurements.

MALDI-TOF MSMALDI-TOF MS

Aliquote von 0,5 μl der Analytlösung und 0,5 μl Matrixlösuug (0,7 mol/l 3-HPA und 0,07 mol/l Ammoniumcitrat in Acetonitril/Wasser (1:1, v/v)) wurden auf einem flachen metallischen Probenträger gemischt. Nach dem Trocknen bei Umgebungstemperatur wurde die Probe zur Analyse in das Massenspektrometer eingebracht. Das verwendete MALDI-TOF Massenspektrometer war ein Finnigan MAT Vision 2000 (Finnigan MAT, Bremen, Deutschland). Die Spektren wurden im Positiv-Ionen-Reflektor-Modus mit einer 5 keV Ionenquelle und 20 keV Nachbeschleunigung aufgenommen. Das Instrument war mit einem Stickstoff-Laser (Wellenlänge 337 nm) ausgestattet. Das Vakuum des Systems betrug 3–4 × 10–8 hPa im Analysatorbereich und 1–4 × 10–7 hPa im Quellenbereich. Die Spektren der modifizierten und unmodifizierten DNA-Proben wurden mit derselben relativen Laserstärke erhalten; die externe Kalibrierung wurde mit einem Gemisch synthetischer Oligodesoxynukleotide (7-mer bis 50-mer) durchgeführt.Aliquots of 0.5 μl of the analyte solution and 0.5 μl of matrix solution (0.7 mol / l 3-HPA and 0.07 mol / l ammonium citrate in acetonitrile / water (1: 1, v / v)) were placed on a flat mixed metallic sample carrier. After drying at ambient temperature, the sample was placed in the mass spectrometer for analysis. The MALDI-TOF mass spectrometer used was a Finnigan MAT Vision 2000 (Finnigan MAT, Bremen, Germany). The spectra were recorded in positive-ion reflector mode with a 5 keV ion source and 20 keV post-acceleration. The instrument was equipped with a nitrogen laser (wavelength 337 nm). The system vacuum was 3-4 x 10 -8 hPa in the analyzer area and 1-4 x 10 -7 hPa in the source area. The spectra of the modified and unmodified DNA samples were obtained with the same relative laser power; external calibration was performed with a mixture of synthetic oligodeoxynucleotides (7-mer to 50-mer).

ERGEBNISSE UND DISKUSSIONRESULTS AND DISCUSSION

Enzymatische Synthese von 7-Deazapurin-Nukleotid-haltigen Nukleinsäuren durch PCREnzymatic synthesis of 7-deazapurine nucleotide-containing nucleic acids by PCR

Um die Anwendbarkeit der MALDI-TOF MS zur schnellen gelfreien Analyse von kurzen amplifizierten Produkten zu demonstrieren und um die Wirkung der 7-Deazapurin-Modifikation der Nukleinsäuren unter MALDI-TOF-Bedingungen zu untersuchen, wurden zwei verschiedene Primer-Matrize-Systeme zur Synthese der DNA-Fragmente verwendet. Die Sequenzen sind in den 36 und 37 dargestellt. Während zwei Einzelstränge des 103-mer-Amplifikationsprodukts nahezu gleiche Massen hatten (Δm = 8 u), unterschieden sich die beiden Einzelstränge des 99-mers um 526 u. Berücksichtigt man, dass 7-Deazapurin-Nukleotidbausteine für die chemische DNA-Synthese etwa 160 mal teurer sind als reguläre Nukleotidbausteine (Produktinformation, Glen Research Corporation, Sterling, VA) und dass ihre Anwendung in der Standard-β-Cyano-Phosphoramidit-Chemie nicht einfach ist (Produktinformation, Glen Research Corporation, Sterling, VA; Schneider et al. (1995), Nucl. Acids Res. 23:1570), so wären die Kosten von 7-Deazapurinmodifizierten Primern sehr hoch. Daher wurden alle PCRs, zur Verbesserung der Anwendbarkeit und Erhöhung des Verfahrensumfangs, unter Verwendung von unmodifizierten Oligonukleotid-Primern durchgeführt, die standardmäßig erhältlich sind. Der Austausch von dATP und dGTP durch c7-dATP und c7-dGTP in der Polymerasekettenreaktion führte zu Produkten, die ungefähr 80% 7-Deazapurinmodifizierte Nukleoside für das 99-mer und das 103-mer bzw. etwa 90% für das 200-mer enthielten. Die Tabelle II zeigt die Basenzusammensetzung aller PCR-Produkte. Tabelle II Basenzusammensetzung des 99-mer-, des 103-mer- und des 200-mer-PCR-Amplifikationsprodukts (unmodifiziert und 7-Deazapurin-modifiziert) DNA-Fragmente1 C T A G c7-Deaza-A c7-Deaza-6 rel. Mod.2 200-mer s 54 34 56 56 modifiziertes 200-mer s 54 34 6 5 50 51 90% 200-mer a 56 56 34 54 modifiziertes 200-mer a 56 56 3 4 31 50 92% 103-mer s 28 23 24 28 modifiziertes 103-mer s 28 23 6 5 18 23 79% 103-mer a 28 24 23 28 modifiziertes 103-mer a 28 24 7 4 16 24 78% 99-mer s 34 21 24 20 modifiziertes 99-mer s 34 21 6 5 18 15 75% 99-mer a 20 24 21 34 modifiziertes 99-mer a 20 24 3 4 18 30 87%

  • 1 „s" und "a" beschreiben "Sense-" und "Antisense-" Stränge des doppelsträngigen Amplifikationsprodukts.
  • 2 gibt die relative Modifikation als Prozentsatz der 7-Deazapurin-modifizierten Nukleotide an der Gesamtmenge der Purin-Nukleotide an.
To demonstrate the applicability of MALDI-TOF MS for rapid gel-free analysis of short amplified products and to study the effect of 7-deazapurine modification of nucleic acids under MALDI-TOF conditions, two different primer-template systems were used to synthesize the DNA fragments used. The sequences are in the 36 and 37 shown. While two single strands of the 103-mer amplification product had nearly equal masses (Δm = 8 u), the two single strands of the 99-mer differed by 526 u. Considering that 7-deazapurine nucleotide building blocks for chemical DNA synthesis are about 160 times more expensive than regular nucleotide building blocks (product information, Glen Research Corporation, Sterling, VA) and that their use in standard β-cyano-phosphoramidite chemistry is not For example, if the product is simple (product information, Glen Research Corporation, Sterling, VA, Schneider et al., 1995, Nucl. Acids Res. 23: 1570), the cost of 7-deazapurine modified primers would be very high. Therefore, to improve the applicability and increase the scope of the procedure, all PCRs were performed using unmodified oligonucleotide primers which are available by default. Replacement of dATP and dGTP by c 7 -dATP and c 7 -dGTP in the polymerase chain reaction resulted in products containing approximately 80% 7-deazapurine modified nucleosides for the 99-mer and 103-mer and about 90% for the 200- contained. Table II shows the base composition of all PCR products. Table II Base Composition of 99-mer, 103-mer and 200-mer PCR Amplification Product (unmodified and 7-deazapurine-modified) DNA fragments 1 C T A G c 7 -Deaza-A c 7 -Deaza-6 rel. Mod.2 200-mer s 54 34 56 56 modified 200-mer s 54 34 6 5 50 51 90% 200-mer a 56 56 34 54 modified 200-mer a 56 56 3 4 31 50 92% 103-mer s 28 23 24 28 modified 103-mer s 28 23 6 5 18 23 79% 103-mer a 28 24 23 28 modified 103-mer a 28 24 7 4 16 24 78% 99-mer s 34 21 24 20 modified 99-mer s 34 21 6 5 18 15 75% 99-mer a 20 24 21 34 modified 99-mer a 20 24 3 4 18 30 87%
  • 1 "s" and "a" describe "sense" and "antisense" strands of the double-stranded amplification product.
  • Figure 2 indicates the relative modification as a percentage of the 7-deazapurine-modified nucleotides to the total amount of purine nucleotides.

Es blieb zu bestimmen, ob eine 80–90%-ige 7-Deazapurin-Modifikation für einen exakten massenspektrometrischen Nachweis ausreichend ist. Daher war es wichtig zu bestimmen, ob alle Purin-Nukleotide während des enzymatischen Amplifikationsschrittes ersetzt werden konnten. Dies war nicht trivial, da gezeigt worden war, dass c7-dATP in der PCR dATP nicht vollständig ersetzen kann, wenn Taq-DNA-Polymerase eingesetzt wird (Seela, F. und A. Roelling (1992), Nucleic Acids Res. 20, 55–61). Glücklicherweise wurde gefunden, dass exo(–)-Pfu DNA-Polymerase tatsächlich c7-dATP und c7-dGTP in Abwesenheit unmodifizierter Purin-Nukleosidtriphosphate akzeptieren konnte. Der Einbau war weniger effizient, was zu einer geringeren Ausbeute an Amplifikationsprodukt führte (38).It remained to be determined whether an 80-90% 7-deazapurine modification was sufficient for accurate mass spectrometric detection. Therefore, it was important to determine if all purine nucleotides could be replaced during the enzymatic amplification step. This was not trivial since it had been shown that c 7 -dATP can not fully replace dATP in PCR if Taq DNA polymerase is employed (Seela, F. and A. Roelling (1992), Nucleic Acids Res. 20 , 55-61). Fortunately, it was found that exo (-) - Pfu DNA polymerase could indeed accept c 7 -dATP and c 7 -dGTP in the absence of unmodified purine nucleoside triphosphates. The incorporation was less efficient, resulting in a lower amplification product yield ( 38 ).

Um diese Ergebnisse zu bestätigen, wurden die Amplifikationen mit [32P]-markierten Primern wiederholt. Das Autoradiogramm (39) zeigt deutlich niedrigere Ausbeuten für die modifizierten PCR-Produkte. Die Banden wurden aus dem Gel geschnitten und gezählt. Für alle Amplifikationsprodukte betrug die Ausbeute der modifizierten Nukleinsäuren etwa 50%, bezogen auf das entsprechende unmodifizierte Amplifikationsprodukt. Weitere Experimente zeigten, dass auch exo(–)-DeepVent- und Vent-DNA-Polymerase c7-dATP und c7-dGTP während der PCR einbauen konnten. Es zeigte sich jedoch, dass die Gesamtleistung für die exo(–)Pfu-DNA-Polymerase am besten war, die während der Amplifikation die wenigsten Nebenprodukte ergab. Bei Verwendung aller drei Polymerasen wurde gefunden, dass solche PCRs, die c7-dATP und c7-dGTP anstelle ihrer Isostere einsetzten, weniger Nebenreaktionen zeigten und ein saubereres PCR-Produkt ergaben. Das verringerte Auftreten von Amplifikationsnebenprodukten kann durch die Verringerung von Primer-Mismatches aufgrund einer Ling-Matrize, die während der PCR synthetisiert wird, erklärt werden. Für DNA-Doppelstränge, die 7-Deazapurin enthalten, wurde ein niedrigerer Schmelzpunkt beschrieben (Mizusawa, S., et al. (1986), Nucleic Acids Res. 14 1319–1324). Zusätzlich zu den drei vorstehend beschriebenen Polymerasen (exo(–)-DeepVent-DNA-Polymerase, 5Vent-DNA-Polymerase und exo(–)-Pfu-DNA-Polymerase) wird angenommen, dass andere Polymerasen, wie etwa das große Klenow-Fragment der E. coli-DNA-Polymerase, Sequenase, Taq-DNA-Polymerase und U-AmpliTaq-DNA-Polymerase, verwendet werden können. Wenn RNA die Matrize ist, so müssen außerdem RNA-Polymerasen, wie etwa die SP6- oder die T7-RNA-Polymerase, verwendet werden.To confirm these results, the amplifications were repeated with [ 32 P] -labeled primers. The autoradiogram ( 39 ) shows significantly lower yields for the modified PCR products. The bands were cut from the gel and counted. For all amplification products, the yield of the modified nucleic acids was about 50%, based on the corresponding unmodified amplification product. Further experiments showed that also exo (-) DeepVent and Vent DNA polymerase were able to incorporate c 7 -dATP and c 7 -dGTP during the PCR. However, it was found that overall performance was best for the exo (-) Pfu DNA polymerase, which gave the fewest byproducts during amplification. Using all three polymerases, it was found that those PCRs employing c 7 -dATP and c 7 -dGTP in place of their isosteres showed fewer side reactions and gave a cleaner PCR product. The reduced incidence of amplification byproducts can be explained by the reduction of primer mismatches due to a Ling template synthesized during the PCR. For DNA duplexes containing 7-deazapurine, a lower melting point has been described (Mizusawa, S., et al. (1986), Nucleic Acids Res. 14 1319-1324). In addition to the three polymerases described above (exo (-) DeepVent DNA polymerase, 5Vent DNA polymerase, and exo (-) Pfu DNA polymerase), it is believed that other polymerases, such as the large Klenow fragment E. coli DNA polymerase, Sequenase, Taq DNA polymerase and U AmpliTaq DNA polymerase. If RNA is the template, then RNA polymerases such as SP6 or T7 RNA polymerase must also be used.

MALDI-TOF-Massenspektrometrie von modifizierten und unmodifizierten AmplifikationsproduktenMALDI-TOF mass spectrometry of modified and unmodified amplification products

Die 99-mer-, 103-mer- und 200-mer-Amplifikationsprodukte wurden mittels MALDI-TOF-MS analysiert. Auf Grundlage früherer Experimente war bekannt, dass der Grad der Depurinierung von der Laserenergie abhängt, die zur Desorption und Ionisation des Analyten verwendet wird. Da der Einfluss der 7-Deazapurin-Modifikation auf die Fragmentierung aufgrund von Depurinierung untersucht werden sollte, wurden alle Spektren bei derselben relativen Laserenergie gemessen.The 99-mer, 103-mer and 200-mer amplification products were analyzed by MALDI-TOF-MS analy Siert. Based on previous experiments, it has been known that the degree of depurination depends on the laser energy used for the desorption and ionization of the analyte. Since the effect of 7-deazapurine modification on fragmentation due to depurination should be investigated, all spectra were measured at the same relative laser energy.

Die 40a und 40b zeigen die Massenspektren der modifizierten und unmodifizierten 103-mer-Nukleinsäuren. Im Fall des modifizierten 103-mers verursacht die Fragmentierung ein breites (M + H)+-Signal. Das Maximum des Peaks ist zu niedrigeren Massen verschoben, sodass die zugewiesene Masse eher einen Mittelwert des (M + H)+-Signals und der Signale fragmentierter Ionen, als das (M + H)+-Signal selbst wiedergibt. Obwohl das modifizierte 103-mer noch etwa 20% A und G aus den Oligonukleotid-Primern enthält, zeigt es weniger Fragmentierung, was sich durch sehr viel schmalere und symmetrischere Signale auszeichnet. Insbesondere das Auslaufen der Peaks auf der Seite der niedrigeren Masse aufgrund von Depurinierung ist erheblich verringert. Daher ist der Unterschied zwischen der gemessenen und der berechneten Masse stark verringert, obwohl sie noch unter der erwarteten Masse liegt. Für die unmodifizierte Probe wurde ein (M + H)+-Signal von 31670 beobachtet, was einen Unterschied von 97 u oder 0,3% zu der berechneten Masse darstellt. Im Fall der modifizierten Probe verringerte sich dieser Massenunterschied dagegen auf 10 u oder 0,03% (31713 u gefunden, 31723 u berechnet). Diese Beobachtungen werden durch eine signifikante Zunahme der Massenauflösung des (M + H)+-Signals der beiden Signalstränge bestätigt (n/Δm = 67, im Gegensatz zu 18 für die unmodifizierte Probe, mit Δm = volle Breite bei halbem Maximum, fwhm). Aufgrund des geringen Massenunterschieds zwischen den beiden Einzelsträngen (8 u) wurden ihre einzelnen Signale nicht aufgelöst.The 40a and 40b show the mass spectra of the modified and unmodified 103-mer nucleic acids. In the case of the modified 103-mer fragmentation causes a broad (M + H) + signal. The maximum of the peak is shifted to lower masses so that the assigned mass is more representative of an average of the (M + H) + signal and the signals of fragmented ions than the (M + H) + signal itself. Although the modified 103-mer still contains about 20% A and G from the oligonucleotide primers, it shows less fragmentation, which is characterized by much narrower and more symmetrical signals. In particular, the leakage of the lower mass side peaks due to depurination is significantly reduced. Therefore, the difference between the measured and the calculated mass is greatly reduced although it is still below the expected mass. For the unmodified sample, a (M + H) + signal of 31670 was observed, representing a difference of 97μ or 0.3% to the calculated mass. In the case of the modified sample, on the other hand, this mass difference decreased to 10 μ or 0.03% (31,713 μ found, 31,723 μ calculated). These observations are confirmed by a significant increase in the mass resolution of the (M + H) + signal of the two signal strands (n / Δm = 67, as opposed to 18 for the unmodified sample, with Δm = full width at half maximum, fwhm). Due to the small mass difference between the two single strands (8 u) their individual signals were not resolved.

Mit den Ergebnissen der 99-Basenpaar-DNA-Fragmente werden die Wirkungen der erhöhten Massenauflösung für 7-Deazapurin-haltige DNA sogar noch deutlicher. Die beiden Einzelstränge in der unmodifizierten Probe wurden nicht aufgelöst, obwohl der Massenunterschied zwischen den beiden Strängen des Amplifikationsprodukts mit 526 u aufgrund einer ungleichen Verteilung von Purinen und Pyrimidinen sehr hoch war (41a). Im Gegensatz dazu zeigte die modifizierte DNA getrennte Peaks für die zwei Einzelstränge (41b), was die Überlegenheit dieses Ansatzes der Bestimmung von Molekulargewichten gegenüber gelelektrophoretischen Verfahren sogar noch deutlicher zeigt. Obwohl keine Grundlinienauflösung erhalten wurde, konnten die einzelnen Massen mit einer Genauigkeit von 0,1% zugewiesen werden: Δm = 27 u für den leichteren (ber. Masse 30224 u) und Δm = 14 u für den schwereren Strang (ber. Masse = 30750 u). Es wurde wiederum gefunden, dass die volle Breite bei halbem Maximum für die 7-Deazapurin-haltige Probe wesentlich verringert war.With the results of the 99 base pair DNA fragments, the effects of increased mass dissolution for 7-deazapurine-containing DNA become even more pronounced. The two single strands in the unmodified sample were not resolved, although the mass difference between the two strands of the 526 u amplification product was very high due to unequal distribution of purines and pyrimidines ( 41a ). In contrast, the modified DNA showed distinct peaks for the two single strands ( 41b ), which shows even more clearly the superiority of this approach of determining molecular weights over gel electrophoretic methods. Although no baseline resolution was obtained, the individual masses could be assigned with an accuracy of 0.1%: Δm = 27 u for the lighter (over mass 30224 u) and Δm = 14 u for the heavier strand (over mass = 30750 u). Again, it was found that the full width at half maximum was substantially reduced for the 7-deazapurine-containing sample.

Im Fall des 99-mers und des 103-mers scheinen die 7-Deazapurin-haltigen Nukleinsäuren eine höhere Empfindlichkeit zu ergeben, obwohl sie noch etwa 20% unmodifizierte Purin-Nukleotide enthalten. Um ein vergleichbares Signal-Rausch-Verhältnis bei ähnlichen Intensitäten für die (M + H)+-Signale zu erhalten, waren bei dem unmodifizierten 99-mer 20 Laserstöße erforderlich, im Gegensatz zu 12 Laserstößen für das modifizierte, und bei dem 103-mer waren 12 Stöße für die unmodifizierte Probe erforderlich, im Gegensatz zu drei Stößen für das 7-Deazapurinnukleosid-haltige Amplifikationsprodukt.In the case of the 99-mer and the 103-mer, the 7-deazapurine-containing nucleic acids appear to give higher sensitivity although they still contain about 20% unmodified purine nucleotides. In order to obtain a comparable signal-to-noise ratio at similar intensities for the (M + H) + signals, the unmodified 99-mer required 20 laser bursts, as opposed to 12 laser bursts for the modified and 103-mer Twelve strokes were required for the unmodified probe, as opposed to three bursts for the 7-deazapurine nucleoside-containing amplification product.

Beim Vergleich der Spektren des modifizierten und des unmodifizierten 200-mer-Amplikons wurde wiederum eine verbesserte Massenauflösung für die 7-Deazapurinhaltige Probe sowie verbesserte Signalintensitäten gefunden (42A und 42B). Während das Signal der Einzelstränge im Spektrum der modifizierten Probe überwiegt, ergaben der DNA-Doppelstrang und Dimere der Einzelstränge das stärkste Signal für die unmodifizierte Probe.Comparing the spectra of the modified and the unmodified 200-mer amplicon, an improved mass resolution for the 7-deazapurine-containing sample as well as improved signal intensities was again found ( 42A and 42B ). While the signal of the single strands predominates in the spectrum of the modified sample, the DNA double strand and dimers of the single strands gave the strongest signal for the unmodified sample.

Eine vollständige 7-Deazapurin-Modifikation von Nukleinsäuren kann entweder unter Verwendung von modifizierten Primern in der PCR oder durch Spalten der unmodifizierten Primer vom teilweise modifizierten Amplifikationsprodukt erzielt werden. Da mit modifizierten Primern Nachteile verbunden sind, wie vorstehend beschrieben, wurde ein 100-mer unter Verwendung von Primern mit einer Ribo-Modifikation synthetisiert. Die Primer wurden hydrolytisch mit NaOH nach einem zuvor in unserem Labor entwickelten Verfahren gespalten (Koester, H., et al. Z. Physiol. Chem. 359, 1570–1589). Die 43A und 43B zeigen die Spektren des amplifizierten Produkts vor und nach der Primerabspaltung. 43b zeigt, dass die Hydrolyse erfolgreich war: Das hydrolysierte Amplifikationsprodukt sowie die beiden freigesetzten Primer konnten zusammen mit einem kleinen Signal von restlichem ungespaltenem 100-mer nachgewiesen werden. Diese Vorgehensweise eignet sich besonders für die MALDI-TOF-Analyse von sehr kurzen PCR-Produkten, da der Anteil an unmodifizierten Purinen, der von dem Primer stammt, mit abnehmender Länge der amplifizierten Sequenz zunimmt.Complete 7-deazapurine modification of nucleic acids can be achieved either by using modified primers in the PCR or by cleaving the unmodified primers from the partially modified amplification product. Since there are disadvantages associated with modified primers as described above, a 100-mer was synthesized using primers with a ribo-modification. The primers were cleaved hydrolytically with NaOH according to a procedure previously developed in our laboratory (Koester, H., et al., Z. Physiol. Chem., 359, 1570-1589). The 43A and 43B show the spectra of the amplified product before and after primer cleavage. 43b shows that the hydrolysis was successful: The hydrolyzed amplification product as well as the two liberated primers could be detected along with a small signal of residual uncleaved 100-mer. This approach is particularly useful for MALDI-TOF analysis of very short PCR products because the proportion of unmodified purines derived from the primer increases with decreasing length of the amplified sequence.

Die bemerkenswerten Eigenschaften von 7-Deazapurin-modifizierten Nukleinsäuren können entweder durch eine effektivere Desorption und/oder Ionisation, durch eine erhöhte Ionenstabilität und/oder durch eine niedrigere Denaturierungsenergie der doppelsträngigen Purin-modifizierten Nukleinsäure erklärt werden. Der Austausch des N-7 gegen eine Methylgruppe führt zum Verlust eines Akzeptors für eine Wasserstoffbindung, wodurch die Fähigkeit der Nukleinsäure zur Ausbildung von Sekundärstrukturen aufgrund von Nicht-Watson-Crick-Basenpaarung beeinflusst wird (Seela, F., und A. Kehne (1987), Biochemistry 26, 2232–2238). Zusätzlich dazu besitzt das aromatische System von 7-Deazapurin eine geringere Elektronendichte, die die Watson-Crick Basenpaarung schwächt, was zu einem verringerten Schmelzpunkt des Doppelstrangs führt (Mizusawa, S. et al. (1986), Nucleic Acids Res. 14, 1319–1324). Dieser Effekt kann die für die Denaturierung der Duplex im MALDI-Verfahren benötigte Energie verringern. Diese Gesichtspunkte sowie der Verlust einer Stelle, die vermutlich eine positive Ladung am N-7-Stickstoffatom trägt, machen die 7-Deazapurin-modifizierte Nukleinsäure weniger polar und können die Effektivität der Desorption verbessern.The remarkable properties of 7-deazapurine-modified nucleic acids can be achieved either by more effective desorption and / or ionization, by increased ion stability and / or by a lower denaturation energy of the double-stranded purine-modified nucleic acid can be explained. Replacement of the N-7 with a methyl group results in loss of an acceptor for hydrogen bonding, thereby affecting the ability of the nucleic acid to form secondary structures due to non-Watson-Crick base pairing (Seela, F., and A. Kehne (1987 ), Biochemistry 26, 2232-2238). In addition, the aromatic system of 7-deazapurine has a lower electron density, which weakens Watson-Crick base pairing, resulting in a reduced melting point of the duplex (Mizusawa, S. et al. (1986), Nucleic Acids Res. 14, 1319- 1324). This effect can reduce the energy needed to denature the duplex in the MALDI process. These aspects, as well as the loss of a site presumably carrying a positive charge on the N-7 nitrogen atom, render the 7-deazapurine modified nucleic acid less polar and can improve the desorption efficiency.

Aufgrund der Abwesenheit von N-7 als Protonenakzeptor und der geringeren Polarisierung der C-N-Bindung in 7-Deazapurin-Nukleosiden wird die Depurinierung nach den für die Hydrolyse in Lösung etablierten Mechanismen verhindert. Obwohl eine direkte Korrelation von Reaktionen in Lösung und in der Gasphase problematisch ist, ist aufgrund von Depurinierung der modifizierten Nukleinsäuren im MALDI-Verfahren eine verringerte Fragmentierung zu erwarten. Die Depurinierung kann entweder von einem Ladungsverlust begleitet sein, wodurch die Gesamtausbeute an geladenen Spezies verringert wird, oder es können geladene Fragmentierungsprodukte erzeugt werden, wodurch die Intensität des Signals für das unfragmentierte Molekülion verringert wird.by virtue of the absence of N-7 as the proton acceptor and the lower one Polarization of the C-N bond in 7-deazapurine nucleosides becomes the Depurination according to the the hydrolysis in solution prevented established mechanisms. Although a direct correlation of reactions in solution and is problematic in the gas phase, is due to depurination the modified nucleic acids to expect a reduced fragmentation in the MALDI method. Depurination can either be accompanied by a loss of charge which reduces the overall yield of charged species will or can charged fragmentation products are generated, reducing the intensity of the signal for the unfragmented molecular ion is reduced.

Die Beobachtung einer erhöhten Empfindlichkeit und eines verringerten Peakauslaufens der (M + H)+-Signale auf der Seite der geringeren Masse aufgrund von verringerter Fragmentierung der 7-Deazapurin-haltigen Proben zeigt, dass das N-7-Atom tatsächlich für den Mechanismus der Depurinierung im MALDI-TOF-Verfahren wesentlich ist. Folglich zeigen 7-Deazapurin-haltige Nukleinsäuren eine eindeutig erhöhte Ionenstabilität und Empfindlichkeit unter MALDI-TOF-Bedingungen und stellen daher eine höhere Massengenauigkeit und Massenauflösung bereit.The observation of increased sensitivity and reduced peak leakage of the (M + H) + signals on the lower mass side due to reduced fragmentation of the 7-deazapurine-containing samples indicates that the N-7 atom is indeed responsible for the mechanism of depurination essential in the MALDI-TOF process. Thus, 7-deazapurine-containing nucleic acids show markedly enhanced ion stability and sensitivity under MALDI-TOF conditions and therefore provide higher mass accuracy and mass resolution.

BEISPIEL 9EXAMPLE 9

Festphasensequenzierung und massenspektrometrischer NachweisSolid phase sequencing and mass spectrometry proof

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Oligonukleotide wurden von Operon Technologies (Alameda, CA) in ungereinigter Form bezogen. Die Sequenzierungsreaktionen wurden an einer festen Oberfläche durchgeführt, wobei Reagenzien aus dem Sequenzierkit für Sequenase Version 2.0 (Amersham, Arlington Heights, Illinois) verwendet wurden. Sequenzierung eines 39-mer-Ziels Sequenzierkomplex:

Figure 00870001
Oligonucleotides were purchased from Operon Technologies (Alameda, CA) in unpurified form. The sequencing reactions were performed on a solid surface using sequencing kit reagents for Sequenase Version 2.0 (Amersham, Arlington Heights, Illinois). Sequencing of a 39-mer Target Sequencing Complex:
Figure 00870001

Um die Festphasen-DNA-Sequenzierung durchzuführen, wurde die Matrizenstrang-DNA 11683 durch terminale Desoxynukleotidyl-Transferase 3'-biotinyliert. Eine 30 μl-Reaktion, die 60 pmol DNA11683, 1,3 nmol Biotin-14-dATP (GIBCO BRL, Grand Island, NY), 30 Einheiten Terminale Transferase (Amersham, Arlington Heights, Illinois) und 1 × Reaktionspuffer (bezogen mit dem Enzym) enthielt, wurde bei 37°C für 1 Stunde inkubiert. Die Reaktion wurde durch Hitze-Inaktivierung der Terminalen Transferase bei 70°C für 10 min beendet. Das resultierende Produkt wurde mittels Durchleiten durch eine TE-10-Zentrifugiersäule (Clontech) entsalzt. Mehr als ein Molekül des Biotin-14-dATP konnte an das 3'-Ende der DNA116S3 angefügt werden. Die biotinylierte DNA11683 wurde mit 0,3 mg Dynal Streptvidinperlen in 30 μl 1 × Bindungs- und Waschpuffer bei Umgebungstemperatur für 30 min inkubiert. Die Perlen wurden zweimal mit TE gewaschen und in 30 μl TE gelöst, ein 10 μl-Aliquot (das 0,1 mg Perlen enthielt) wurde für Sequenzierungsreaktionen verwendet.Around To perform the solid-phase DNA sequencing, the template strand DNA 11683 was replaced by terminal Deoxynucleotidyl transferase 3'-biotinylated. A 30 μl reaction, the 60th pmol DNA11683, 1.3 nmol biotin-14-dATP (GIBCO BRL, Grand Island, NY), 30 units Terminal Transferase (Amersham, Arlington Heights, Illinois) and 1X reaction buffer (relative to the enzyme) was incubated at 37 ° C for 1 hour. The reaction was by heat inactivation of the terminal transferase at 70 ° C for 10 min completed. The resulting product was passed through a TE-10 centrifugation column (Clontech) desalted. More than one molecule of biotin-14-dATP could to the 3'-end of the DNA116S3 added become. The biotinylated DNA11683 was probed with 0.3 mg Dynal streptvidin beads in 30 μl 1 × binding and wash buffer incubated at ambient temperature for 30 min. The pearls were washed twice with TE and dissolved in 30 μl TE, a 10 μl aliquot (containing 0.1 mg beads) was for Sequencing reactions used.

Die 0,1 mg Perlen aus dem vorhergehenden Schritt wurden in einem Volumen von 10 μl resuspendiert, das 2 μl 5 × Sequenase-Puffer (200 mM Tris-HCl, pH 7,5, 100 mM MgCl2 und 250 mM NaCl) aus dem Sequenasekit und 5 pmol des entsprechenden Primers PNA 16/DNA enthielt. Das Anlagerungsgemisch wurde auf 70°C erhitzt und dann langsam über einen Zeitraum von 20–30 min auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Dann wurden 1 μl 0,1 M Dithiothreitol-Lösung, 1 μl Mn-Puffer (0,15 M Natriumisocitrat und 0,1 M MgCl2) und 2 μl verdünnte Sequenase (3,25 Einheiten) hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde in vier Aliquote mit jeweils 3 μl aufgeteilt und mit den Terminationsgemischen vermischt (jeder enthält 3 μl des entsprechenden Terminationsgemischs: 32 μM c7-dATP, 32 μM dCTP, 32 μlM c7-dGTP, 32 μM dTTP und 3,2 μM eines der vier ddTNPs in 50 mM NaCl). Die Reaktionsgemische wurden für 2 min bei 37°C inkubiert. Nach Beendigung der Extension wurden die Perlen präzipitiert, und der Überstand wurde entfernt. Die Perlen wurden zweimal gewaschen, in TE resuspendiert und bei 4°C belassen. Sequenzierung eines 78-mer Ziels Sequenzierkomplex:

Figure 00880001
The 0.1 mg beads from the previous step were resuspended in a volume of 10 μl containing 2 μl of 5 × Sequenase buffer (200 mM Tris-HCl, pH 7.5, 100 mM MgCl 2 and 250 mM NaCl) from the Sequenasekit and 5 pmol of the corresponding primer PNA 16 / DNA contained. The addition mixture was on Heated to 70 ° C and then allowed to cool slowly to room temperature over a period of 20-30 min. Then 1 μl of 0.1 M dithiothreitol solution, 1 μl of Mn buffer (0.15 M sodium isocitrate and 0.1 M MgCl 2 ) and 2 μl of diluted Sequenase (3.25 units) were added. The reaction mixture was divided into four 3 μl aliquots and mixed with the termination mixtures (each containing 3 μl of the appropriate termination mixture: 32 μM c7-dATP, 32 μM dCTP, 32 μl of c7-dGTP, 32 μM dTTP and 3.2 μM one the four ddTNPs in 50 mM NaCl). The reaction mixtures were incubated for 2 min at 37 ° C. After completion of the extension, the beads were precipitated and the supernatant was removed. The beads were washed twice, resuspended in TE and left at 4 ° C. Sequencing of a 78-mer Target Sequencing Complex:
Figure 00880001

Das Ziel TNR·PLASM2 wurde biotinyliert und unter Verwendung von ähnlichen Verfahren, wie im vorstehenden Abschnitt beschrieben (Sequenzierung eines 39-mer-Ziels), sequenziert. Sequenzierung eines 15-mer Ziels mit teilweiser Duplex-Sonde Sequenzierkomplex:

Figure 00880002
The target TNR · PLASM2 was biotinylated and sequenced using similar procedures as described in the previous section (sequencing a 39-mer target). Sequencing of a 15-mer target with partial duplex probe Sequencing Complex:
Figure 00880002

CM1B3B wurde an Dynabeads M280 mit Streptavidin (Dynal, Norwegen) immobilisiert, indem 60 pmol CM1B3B mit 0,3 Magnetperlen in 30 μl 1 M NaCl und TE (1 × Bindungs- und Waschpuffer) bei Raumtemperatur 30 min inkubiert wurden.CM1B3B was immobilized on Dynabeads M280 with streptavidin (Dynal, Norway), adding 60 pmol of CM1B3B with 0.3 magnetic beads in 30 μl of 1 M NaCl and TE (1 × binding and washing buffer) were incubated at room temperature for 30 minutes.

Die Perlen wurden zweimal mit TE gewaschen und in 30 μl TE gelöstt, ein 10 oder 20 μl-Aliquot (das 0,1 bzw. 0,2 mg Perlen enthielt) wurde für Sequenzierungsreaktionen verwendet.The Beads were washed twice with TE and dissolved in 30 μl TE 10 or 20 μl aliquot (containing 0.1 or 0.2 mg beads) was used for sequencing reactions used.

Der Doppelstrang wurde durch Anlagerung eines entsprechenden Aliquots an Perlen aus dem vorhergehenden Schritt mit 10 pMol DF11a5F (oder 20 pMol DF11a5F für 0,2 mg Perlen) in einem Volumen von 9 μl hergestellt, das 2 μl 5 × Sequenase-Puffer (200 mM Tris-HCl, pH 7,5, 100 mM MgCl2 und 250 mM NaCl) aus dem Sequenasekit enthielt. Das Anlagerungsgemisch wurde auf 65°C erhitzt und langsam über einen Zeitraum von 20–30 min auf 37°C abkühlen gelassen. Der Duplexprimer wurde dann mit 10 pmol TS10 (20 pMol TS10 für 0,2 mg Perlen) in einem Volumen von 1 μl gemischt, und das resultierende Gemisch wurde weiter 5 min bei 37°C, 5–10 min bei Raumtemperatur inkubiert. Dann wurden 1 μl 0,1 M Dithiothreitol-Lösung, 1 μl Mn-Puffer (0,15 M Natriumisocitrat und 0,1 M MnCl2) und 2 μl verdünnte Sequenase (3,25 Einheiten) hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde in vier Aliquote mit jeweils 3 μl aufgeteilt und mit den Terminationsgemischen (jeder enthält 4 μl des entsprechenden Terminationsgemischs: 16 μM dATP, 16 μM dCTP, 16 μM dGTP 16 μM dTTP und 1,6 μM eines der vier ddNTPs in 50 mM NaCl) vermischt. Die Reaktionsgemische wurden 5 min bei Raumtemperatur und 5 min bei 37°C inkubiert. Nach Beendigung der Extension wurden die Perlen präzipitiert, und der Überstand wurde entfernt. Die Perlen wurden in 20 μl TE resuspendiert und bei 4°C aufbewahrt. Ein 2 μl-Aliquot (von 20 μl) wurde aus jedem Röhrchen entnommen und mit 8 μl Formamid gemischt, die resultierenden Proben wurden bei 90–95°C für 5 min denaturiert, und 2 μl (von insgesamt 10 μl) wurden auf ein ALF-DNA-Sequenziergerät (Pharmacia, Piscataway, NJ) aufgetragen, wobei ein 10%-iges Polyacrylamidgel mit 7 M Harnstoff und 0,6 × TBE verwendet wurde. Das verbleibende Aliquot wurde zur MALDI-TOF-MS-Analyse verwendet.The duplex was prepared by annealing a corresponding aliquot of beads from the previous step with 10 pmol DF11a5F (or 20 pmol DF11a5F for 0.2 mg beads) in a volume of 9 μl containing 2 μl of 5x Sequenase buffer (200 mM Tris -HCl, pH 7.5, 100 mM MgCl 2 and 250 mM NaCl) from the sequenase kit. The addition mixture was heated to 65 ° C and allowed to cool slowly to 37 ° C over a period of 20-30 minutes. The duplex primer was then mixed with 10 pmol TS10 (20 pmol TS10 for 0.2 mg beads) in a volume of 1 μl, and the resulting mixture was further incubated at 37 ° C for 5 min, at room temperature for 5-10 min. Then, 1 μl of 0.1 M dithiothreitol solution, 1 μl of Mn buffer (0.15 M sodium isocitrate and 0.1 M MnCl 2 ) and 2 μl of diluted Sequenase (3.25 units) were added. The reaction mixture was divided into four aliquots each containing 3 μl and the termination mixtures (each containing 4 μl of the appropriate termination mixture: 16 μM dATP, 16 μM dCTP, 16 μM dGTP 16 μM dTTP and 1.6 μM of one of the four ddNTPs in 50 mM NaCl). The reaction mixtures were incubated at room temperature for 5 minutes and at 37 ° C. for 5 minutes. After completion of the extension, the beads were precipitated and the supernatant was removed. The beads were resuspended in 20 μl of TE and stored at 4 ° C. A 2 μl aliquot (of 20 μl) was removed from each tube and mixed with 8 μl of formamide, the resulting samples were denatured at 90-95 ° C for 5 min, and 2 μl (out of a total of 10 μl) were assayed for ALF DNA Sequencer (Pharmacia, Piscataway, NJ) using a 10% polyacrylamide gel with 7M urea and 0.6X TBE. The remaining aliquot was used for MALDI-TOF-MS analysis.

MALDI-Probenherstellung und -InstrumenteMALDI sample preparation and instruments

Vor der MALDI-Analyse wurden die mit der Sequenzierleiter beladenen Magnetperlen zweimal unter Verwendung von 50 mM Ammoniumcitrat gewaschen und in 0,5 μl reinem Wasser resuspendiert. Die Suspension wurde dann auf das Probenziel des Massenspektrometers geladen, und 0,5 μl gesättigte Matrix-Lösung (3-Hydroxypicolinsäure (HPA):Ammoniumcitrat 10:1 Molverhältnis in 50% Acetonitril) wurden zugegeben. Das Gemisch ließ man vor der mässenspektrometrischen Analyse trocknen.Prior to MALDI analysis, the magnetic beads loaded with the sequencing ladder were washed twice using 50 mM ammonium citrate and resuspended in 0.5 μl of pure water. The Suspen The sample was then loaded onto the sample target of the mass spectrometer and 0.5 μl of saturated matrix solution (3-hydroxypicolinic acid (HPA): ammonium citrate 10: 1 molar ratio in 50% acetonitrile) was added. The mixture was allowed to dry before the mass spectrometric analysis.

Das Reflektron-TOF-MS-Massenspektrometer (Vision 2000, Finnigan MAT, Bremen, Deutschland) wurde für die Analyse verwendet. 5 kV wurden an der Ionenquelle angelegt, und 20 kV wurden für die Nachbeschleunigung angelegt. Alle Spektren wurden im Positiv-Ionen-Modus aufgenommen, und ein Stickstofflaser wurde verwendet. Normalerweise wurde jedes Spektrum über mehr als 100 Stöße gemittelt, und es wurde eine Standard-25-Punkt-Glättang angewendet.The Reflectron TOF MS mass spectrometer (Vision 2000, Finnigan MAT, Bremen, Germany) was for used the analysis. 5 kV were applied to the ion source, and 20 kV were for the post-acceleration applied. All spectra were in positive-ion mode recorded, and a nitrogen laser was used. Usually every spectrum was over averaged over 100 shocks, and a standard 25-point smoothing was used.

ERGEBNISSE UND DISKUSSIONRESULTS AND DISCUSSION

Herkömmliche Festphasensequenzierungconventional Solid phase sequencing

Bei herkömmlichen Sequenzierverfahren wird ein Primer direkt an die Matrize hybridisiert und dann verlängert und in einer Sanger-Didesoxy-Sequenzierung terminiert. Üblicherweise wird ein biotinylierter Primer verwendet, und die Sequenzierleitern werden durch Streptavidin-beschichtete Magnetperlen gefangen. Nach dem Waschen werden die Produkte unter Verwendung von EDTA und Formamid von den Perlen eluiert. Frühere Befunde deuteten an, dass nur der angelagerte Strang des Doppelstranges desorbiert wird und dass der immobilisierte Strang auf den Perlen verbleibt. Daher ist es vorteilhaft, die Matrize zu immobilisieren und den Primer zu verlängern. Nach der Sequenzierreaktion und dem Waschen können die Perlen mit der immobilisierten Matrize und der hybridisierten Sequenzierleiter direkt auf das Massenspektrometerziel geladen und mit Matrix gemischt werden. Bei der MALDI wird nur die angelagerte Sequenzierleiter desorbiert und ionisiert, und die immobilisierte Matrize verbleibt auf dem Ziel.at usual Sequencing method, a primer is hybridized directly to the template and then extended and terminated in a Sanger dideoxy sequencing. Usually a biotinylated primer is used, and the sequencing ladders are captured by streptavidin-coated magnetic beads. After this The products are washed using EDTA and formamide eluted from the beads. earlier Findings indicated that only the attached strand of the double strand is desorbed and that the immobilized strand on the beads remains. Therefore, it is advantageous to immobilize the template and to extend the primer. After the sequencing reaction and washing, the beads can be immobilized Template and the hybridized sequencing ladder directly to the mass spectrometer target loaded and mixed with matrix. At the MALDI only the annealed sequencing ladder desorbs and ionizes, and the immobilized Die remains on the target.

Eine 39-mer-Matrize (SEQ ID Nr. 23) wurde zunächst am 3'-Ende biotinyliert, indem Biotin-14-dATP mit terminaler Transferase zugegeben wurde. Mehr als ein Biotin-14-dATP-Molekül konnte durch das Enzym hinzugefügt werden. Da die Matrize immobilisiert war und während der MALDI auf den Perlen verblieb, werden die Massenspektren nicht durch die Anzahl an Biotin-14-dATP beeinflusst. Ein 14-mer-Primer (SEQ ID Nr. 24) wurde zur Festphasensequenzierung verwendet, um die nachstehenden DNA-Fragmente 3–27 (SEQ ID Nr. 142–166) zu erzeugen. Die MALDI-TOF-Massenspektren der vier Sequenzierleitern sind in 44 gezeigt, und die erwarteten theoretischen Werte sind in Tabelle III gezeigt. TABELLE III

Figure 00910001
TABELLE III (Fortsetzung) A-Reaktion C-Reaktion G-Reaktion T-Reaktion 1. 2. 4223.8 4223.8 4223.8 4223.8 3. 4521.1 4. 4809.2 5. 5133.4 6. 5434.6 7. 5737.8 8. 6051.1 9 . 6379.2 10. 6704.4 11. 6995.6 12. 7284.8 13. 7574.0 14. 7878.2 15. 8207.4 16. 8495.6 17. 8808.8 18. 9097.0 19. 9386.2 20. 9699.4 21. 10027.6 22. 10355.8 23. 10644.0 24. 10933.2 25. 11246.4 26. 11574.6 27. 11886.8 A 39-mer template (SEQ ID NO: 23) was first biotinylated at the 3 'end by adding biotin-14-dATP with terminal transferase. More than one biotin-14-dATP molecule could be added by the enzyme. Since the template was immobilized and remained on the beads during MALDI, the mass spectra are not affected by the number of biotin-14-dATP. A 14-mer primer (SEQ ID NO: 24) was used for solid-phase sequencing to generate the following DNA fragments 3-27 (SEQ ID NO: 142-166). The MALDI-TOF mass spectra of the four sequencing ladders are in 44 and the expected theoretical values are shown in Table III. TABLE III
Figure 00910001
TABLE III (continued) A reaction C-reaction G-Reaction T reaction 1. Second 4223.8 4223.8 4223.8 4223.8 Third 4521.1 4th 4809.2 5th 5133.4 6th 5434.6 7th 5737.8 8th. 6051.1 9 . 6379.2 10th 6704.4 11th 6995.6 12th 7284.8 13th 7574.0 14th 7878.2 15th 8207.4 16th 8495.6 17th 8808.8 18th 9097.0 19th 9386.2 20th 9699.4 21st 10027.6 22nd 10355.8 23rd 10644.0 24th 10933.2 25th 11246.4 26th 11574.6 27th 11886.8

Die Sequenzierreaktion führte zu einer relativ homogenen Leiter, und die Vollängensequenz wurde leicht bestimmt. Ein Peak um 5150 erschien in allen Reaktionen und wurde nicht identifiziert. Eine mögliche Erklärung ist, dass ein kleiner Anteil der Matrize eine Art Sekundärstruktur bildete, wie etwa eine Schleife, die die Sequenase-Extension behinderte. Der Falscheinbau ist von geringer Bedeutung, da die Intensität dieser Peaks viel geringer war, als die der Sequenzierleitern. Obwohl in der Sequenzierreaktion 7-Deazapurine verwendet wurden, die die N-glykosidische Bindung stabilisieren und eine Depurinierung verhindern konnten, wurden dennoch geringe Basenverluste beobachtet, da der Primer nicht durch 7-Deazapurine substituiert war. Die Vollängenleiter mit ddA am 3'-Ende erschien in der A-Reaktion mit einer scheinbaren Masse von 11899,8. Ein intensiverer Peak bei 12333 erschien in allen vier Reaktionen und ist wahrscheinlich auf die Hinzufügung eines zusätzlichen Nukleotids durch das Sequenase-Enzym zurückzuführen.The Sequencing reaction resulted to a relatively homogeneous ladder, and the full-length sequence was easily determined. A peak around 5150 appeared in all reactions and was not identified. One possible explanation is that a small proportion of the matrix is a kind of secondary structure formed, such as a loop, which hindered the sequenase extension. The false figure is of little importance, since the intensity of these peaks was much lower than that of the sequencing ladders. Although in the Sequencing reaction 7-deazapurines were used, which are the N-glycosidic Stabilizing binding and could prevent depurination were Nevertheless, small base losses observed because the primer is not through 7-Deazapurine was substituted. The full-length conductor with ddA at the 3'-end appeared in the A reaction with an apparent mass of 11899.8. A more intense Peak at 12333 appeared in all four reactions and is likely to the addition of a additional Nucleotides due to the Sequenase enzyme.

Dieselbe Technik konnte verwendet werden, um längere DNA-Fragmente zu sequenzieren. Eine 78-mer-Matrize, die einen CTG-Repeat enthielt (SEQ ID Nr. 25), wurde 3'-biotinyliert, indem Biotin-14-dATP mit Terminaler Transferase angefügt wurde. Ein 18-mer-Primer (SEQ ID Nr. 26) wurde gerade außerhalb des CTG-Repeats hybridisiert, so dass der Repeat unmittelbar nach der Primerextension sequenziert werden konnte. Die vier Reaktionen wurden gewaschen und wie üblich durch MALDI-TOF-MS analysiert. Ein Beispiel der G-Reaktion ist in 45 gezeigt (SEQ ID Nr. 167–220), und die erwartete Sequenzierleiter ist in der Tabelle IV mit den theoretischen Massenwerten für jede Leiterkomponente gezeigt. Alle Sequenzierpeaks wurden gut aufgelöst, mit Ausnahme der letzten Komponente, (theoretischer Wert 20577,4) die nicht vom Hintergrund unterschieden werden konnte. Zwei benachbarte Sequenzierpeaks (ein 62-mer und ein 63-mer) wurden ebenfalls getrennt, was darauf hindeutet, dass diese Sequenzieranalyse auf längere Matrizen angewendet werden könnte. In diesem Spektrum wurde wiederum die Hinzufügung eines zusätzlichen Nukleotids durch das Sequenase-Enzym beobachtet. Diese Hinzufügung ist nicht matrizenspezifisch und erschien in allen vier Reaktionen, sodass sie leicht identifiziert werden kann. Verglichen mit den Primerpeaks lagen die Sequenzierpeaks im Fall der langen Matrize bei einer viel geringeren Intensität. TABELLE IV

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Figure 00950001
Figure 00960001
Figure 00970001
TABELLE IV (Fortsetzung) ddATP ddCTP ddGTP ddTTP 1. 5491.6 5491.6 5491.6 5491.6 2. 5764.8 3. 6078.0 4. 6407.2 5. 6696.4 6. 7009.6 7. 7338.8 8. 7628.0 9. 7941.2 10. 8270.4 11. 8559.6 12. 8872.8 13. 9202.0 14. 9491.2 15. 9804.4 16. 10133.6 17. 10422.88 18. 10736.0 19. 11065.2 20. 11354.4 21. 11667.6 22. 11996.8 23. 12286.0 24. 12599.2 25. 12928.4 26. 13232.6 27. 13521.8 28. 13835.0 29. 14124.2 30. 14453.4 31. 14742.6 32. 15046.8 33. 15360.0 34. 15673.2 35. 15962.4 36. 16251.6 37. 16580.8 38. 16894.0 39. 17207.2 40. 17511.4 41. 17800.6 42. 18189.8 43. 18379.0 44. 18683.2 45. 19012.4 46. 19341.6 47. 19645.8 48. 19935.0 49. 20248.2 50. 20577.4 51. 20890.6 52. 21194.4 53. 21484.0 54. 21788.2 55. 22092.4 The same technique could be used to sequence longer DNA fragments. A 78-mer template containing a CTG repeat (SEQ ID NO: 25) was 3'-biotinylated by adding biotin-14-dATP with terminal transferase. An 18-mer primer (SEQ ID NO: 26) was hybridized just outside the CTG repeat so that the repeat could be sequenced immediately after primer extension. The four reactions were washed and analyzed as usual by MALDI-TOF-MS. An example of the G reaction is in 45 (SEQ ID NO: 167-220), and the expected sequencing ladder is shown in Table IV with the theoretical mass values for each conductor component. All sequencing peaks were well resolved, except for the last component, (theoretic value 20577.4) which was not from the background could be different. Two adjacent sequencing peaks (one 62-mer and one 63-mer) were also separated, suggesting that this sequencing analysis could be applied to longer templates. Again, in this spectrum, the addition of an additional nucleotide by the Sequenase enzyme was observed. This addition is not template-specific and appeared in all four reactions, making it easy to identify. Compared with the primer peaks, the sequencing peaks were at a much lower intensity in the case of the long template. TABLE IV
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TABLE IV (continued) ddATP ddCTP ddGTP ddTTP 1. 5491.6 5491.6 5491.6 5491.6 Second 5764.8 Third 6078.0 4th 6407.2 5th 6696.4 6th 7009.6 7th 7338.8 8th. 7628.0 9th 7941.2 10th 8270.4 11th 8559.6 12th 8872.8 13th 9202.0 14th 9491.2 15th 9804.4 16th 10133.6 17th 10422.88 18th 10736.0 19th 11065.2 20th 11354.4 21st 11667.6 22nd 11996.8 23rd 12286.0 24th 12599.2 25th 12928.4 26th 13232.6 27th 13521.8 28th 13835.0 29th 14124.2 30th 14453.4 31st 14742.6 32nd 15046.8 33rd 15360.0 34th 15673.2 35th 15962.4 36th 16251.6 37th 16580.8 38th 16894.0 39th 17207.2 40th 17511.4 41st 17800.6 42nd 18189.8 43rd 18379.0 44th 18683.2 45th 19012.4 46th 19341.6 47th 19645.8 48th 19935.0 49th 20248.2 50th 20577.4 51st 20890.6 52nd 21194.4 53rd 21484.0 54th 21788.2 55th 22092.4

Sequenzierung unter Verwendung von Duplex-DNA-Sonden zum Einfangen und PrimenSequencing using of duplex DNA probes for capture and priming

Es wurde gezeigt, dass Duplex-DNA-Sonden mit einzelsträngigem Überhang spezifische DNA-Matrizen einfangen und auch als Primer zur Festphasensequenzierung dienen können. Das Schema ist in 46 gezeigt.Single-stranded overhang duplex DNA probes have been shown to capture specific DNA templates and also serve as primers for solid-phase sequencing. The scheme is in 46 shown.

Stacking-Wechselwirkungen zwischen einer Duplex-Sonde und einer einzelsträngen Matrize ermöglichen, dass nur ein 5'-Überhang zum Einfangen ausreichend ist. Auf Basis dieses Formats wurde ein 5'-fluoreszenzmarkiertes 23-mer (5'-GAT GAT CCG ACG CAT CAC AGC TC-3') (SEQ ID Nr. 29) an ein 3'-biotinyliertes 18-mer (5'-GTG ATG CGT CGG ATC ATC-3') (SEQ ID Nr. 30) hybridisiert, wobei ein 5-Basen-Überhang verblieb. Eine 15-mer-Matrize (5'-TCG GTT CCA AGA GCT-3') (SEQ ID Nr. 31) wurde durch den Doppelstrang eingefangen, und Sequenzierreaktionen wurden durch Extension des 5-Basen-Überhangs durchgeführt. Die MALDI-TOF-Massenspektren der Reaktionen sind in 47A–D gezeigt. Alle Sequenzierpeaks wurden aufgelöst, wenn auch bei relativ niedrigen Intensitäten. Der letzte Peak in jeder Reaktion ist auf eine unspezifische Hinzufügung eines Nukleotids an das Vollängen-Extensionsprodukt durch das Sequenase-Enzym zurückzuführen. Zum Vergleich wurden die gleichen Produkte auf ein herkömmliches DNA-Sequenziergerät aufgetragen, und das Stacking-Fluorogramm der Ergebnisse ist in 48 gezeigt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, hatten die Massenspektren das gleiche Muster wie das Fluorogramm, wobei die Sequenzierpeaks im Vergleich zu dem 23-mer-Primer bei viel niedrigeren Intensitäten lagen.Stacking interactions between a duplex probe and a single-stranded template allow only a 5'-overhang for capture to be sufficient. Based on this format, a 5'-fluorescently labeled 23-mer (5'-GAT GAT CCG ACG CATACC AGC TC-3 ') (SEQ ID NO: 29) was ligated to a 3'-biotinylated 18-mer (5'-GTG ATG CGT CGG ATC ATC-3 ') (SEQ ID NO: 30) hybridized leaving a 5 base overhang. A 15-mer template (5'-TCG GTT CCA AGA GCT-3 ') (SEQ ID NO: 31) was captured by the duplex and sequencing reactions were performed by extension of the 5-base overhang. The MALDI-TOF mass spectra of the reactions are in 47A -D shown. All sequencing peaks were resolved, albeit at relatively low intensities. The last peak in each reaction is due to nonspecific addition of a nucleotide to the full-length extension product by the Sequenase enzyme. For comparison, the same products were applied to a conventional DNA sequencer, and the stacking fluorogram of the results is in 48 shown. As can be seen from the figure, the mass spectra had the same pattern as the fluorogram, with the sequencing peaks at much lower intensities compared to the 23-mer primer.

BEISPIEL 10EXAMPLE 10

Thermo-Sequenase-Zyklus-SequenzierungThermo Sequenase cycle sequencing

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

PCR-Amplifikation. Genomische DNA aus menschlichen Leukozyten wurde für die PCR-Amplifikation verwendet. Die PCR-Primer zur Amplifikation eines 209-bp-Fragments des β-Globin-Gens waren der β2-Vorwärts-Primer (5'-CAT TTG CTT CTG ACA CAA CTG-3', SEQ ID Nr. 32) und der β11-Rückwärts-Primer (5'-CTT CTC TGT CTC CAC ATG C-3', SEQ ID Nr. 33). Taq-Polymerase und 10 × Puffer wurden von Boehringer Mannheim (Deutschland) und dNTPs von Pharmacia (Freiburg, Deutschland) bezogen. Das Gesamtreaktionsvolumen betrug 50 μl, einschließlich 8 pmol jedes Primers mit etwa 200 ng als Matrize verwendeter genomischer DNA und einer dNTP-Endkonzentration von 200 μM. Die PCR-Bedingungen waren: 5 min bei 94°C, gefolgt von 40 Zyklen mit 30 sek bei 94°C, 45 sek bei 53°C, 30 sek bei 72°C und einer abschließenden Extensionszeit von 2 min bei 72°C. Das erzeugte Amplifikationsprodukt wurde gereinigt und mit dem Qiagen-"Qiaquick" PCR-Reinigungskit (Nr. 28106) aufkonzentriert (2×) und in H2O gelagert.PCR amplification. Human leukocyte genomic DNA was used for PCR amplification. The PCR primers for amplification of a 209 bp fragment of the β-globin gene were the β2 forward primer (5'-CAT TTG CTT CTG ACA CAA CTG-3 ', SEQ ID NO: 32) and the β11- Reverse primer (5'-CTT CTC TGT CTC CAC ATG C-3 ', SEQ ID NO: 33). Taq polymerase and 10x buffer were purchased from Boehringer Mannheim (Germany) and dNTPs from Pharmacia (Freiburg, Germany). The total reaction volume was 50 μl, including 8 pmol of each primer with approximately 200 ng of genomic DNA used as template and a final dNTP concentration of 200 μM. PCR conditions were: 5 min at 94 ° C, followed by 40 cycles of 30 sec at 94 ° C, 45 sec at 53 ° C, 30 sec at 72 ° C and a final extension time of 2 min at 72 ° C. The generated amplification product was purified and concentrated (2x) with the Qiagen "Qiaquick" PCR purification kit (# 28106) and stored in H 2 O.

Zyklus-Sequenzierung. Sequenzierleitern wurden durch Primerextension mit ThermoSequenaseTM-DNA-Polymerase (Amersham LIFE Science, Nr. E79000Y) unter den folgenden Bedingungen hergestellt: 7 pmol HPLC-gereinigter Primer (Cod5 12-mer: 5'- TGC ACC TGA CTC-3', SEQ ID Nr. 34) wurden zu 6 μl des gereinigten und aufkonzentrierten Amplifikationsprodukts (d. h. 12 μl des ursprünglichen Amplifikationsprodukts), 2,5 Einheiten Thermo Sequenase und 2,5 ml Thermo-Sequenase-Reaktionspuffer in einem Gesamtvolumen von 25 μl zugegeben. Die Nukleotid-Endkonzentrationen betrugen 30 μM des entsprechenden ddNTPs (ddATP, ddCTP, ddGTP oder ddTTP; Pharmacia Biotech, #27-2045-01) und 210 μM jedes dNTPs (7-Deaza-dATP, dCTP, 7-Deaza-GTP, dTTP; Pharmacia Biotech).Cycle sequencing. Sequencing ladders were prepared by primer extension with ThermoSequenase DNA polymerase (Amersham LIFE Science, # E79000Y) under the following conditions: 7 pmol HPLC-purified primer (Cod5 12-mer: 5'-TGC ACC TGA CTC-3 ', SEQ ID No. 34) were added to 6 μl of the purified and concentrated amplification product (ie 12 μl of the original amplification product), 2.5 units of Thermo Sequenase and 2.5 ml of Thermo Sequenase reaction buffer in a total volume of 25 μl. Final nucleotide concentrations were 30 μM of the corresponding ddNTP (ddATP, ddCTP, ddGTP or ddTTP, Pharmacia Biotech, # 27-2045-01) and 210 μM of each dNTP (7-deaza-dATP, dCTP, 7-deaza-GTP, dTTP Pharmacia Biotech).

Die Zyklusbedingungen waren: Denaturieren für 4 min bei 94°C, gefolgt von 35 Zyklen mit 30 sek bei 94°C, 30 sek bei 38°C, 30 sek bei 55°C und einer abschließenden Extension von 2 min bei 72°C.Cycle conditions were: denature for 4 min at 94 ° C followed by 35 cycles of 30 sec 94 ° C, 30 sec at 38 ° C, 30 sec at 55 ° C and a final extension of 2 min at 72 ° C.

Probenherstellung und Analyse durch MALDI-TOF MS. Nach Beendigung des Zyklusprogramms wurde das Reaktionsvolumen durch Zugabe von 25 μl H2O auf 50 μl erhöht. Die Entsalzung wurde erreicht, indem 30 μl Ammonium-gesättigte DOWEX (Fluka #44485) Kationenaustauschperle mit 50 μl des Analyten für 2 min bei Raumtemperatur geschüttelt wurden. Die in protonierter Form bezogenen Dowex-Perlen wurden mit 2 M NH4OH vorbehandelt, um sie in die Ammoniumform umzuwandeln, dann mit H2O gewaschen, bis der Überstand neutral war, und schließlich zum Gebrauch in 10 mM Ammoniumcitrat gegeben. Nach dem Kationenaustausch wurde die DNA durch Ethanolpräzipitation gereinigt und aufkonzentriert, indem 5 μl 3 M Ammoniumacetat (pH 6,5), 0,5 μl Glycogen (10 mg/ml, Sigma) und 110 μl absolutes Ethanol zum Analyten zugegeben wurden und 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert wurde. Nach 12-minütiger Zentrifugation bei 20.000 × g wurde das Sediment in 70%-igem Ethanol gewaschen und in 1 μl 18 MOhm/cm H2O Wasser resuspendiert.Sample preparation and analysis by MALDI-TOF MS. After completion of the cycle program, the reaction volume was increased to 50 μl by addition of 25 μl H 2 O. Desalting was achieved by shaking 30 μl of ammonium-saturated DOWEX (Fluka # 44485) cation exchange bead with 50 μl of the analyte for 2 min at room temperature. The protonated Dowex beads were pretreated with 2M NH 4 OH to convert to ammonium form, then washed with H 2 O until the supernatant was neutral, and finally added to 10 mM ammonium citrate for use. After cation exchange, the DNA was purified by ethanol precipitation and concentrated by adding 5 μl 3 M ammonium acetate (pH 6.5), 0.5 μl glycogen (10 mg / ml, Sigma) and 110 μl absolute ethanol to the analyte and 1 hour was incubated at room temperature. After centrifugation at 20,000 × g for 12 minutes, the sediment was washed in 70% ethanol and resuspended in 1 μl of 18 MOhm / cm H 2 O water.

Für die MALDI-TOF-MS-Analyse wurden 0,35 μl der resuspendierten DNA mit 0,35–1,3 μl Matrixlösung (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure (3-HPA), 0,07 M Ammoniumcitrat in 1:1 H2O:CH3CN) auf einer Edelstahl-Probenzielscheibe gemischt und trocknen gelassen, bevor das Spektrum unter Verwendung eines im Reflektron-Modus betriebenen Thermo Bioanalysis Vision 2000-MALDI-TOF mit 5 bzw. 20 kV an der Ziel- bzw. Umwandlungsdynode aufgenommen wurde. Die aus acht Peaks (3000–18.000 Da) gebildete externe Kalibrierung wurde für alle Spektren verwendet.For MALDI-TOF-MS analysis, 0.35 μl of the resuspended DNA was mixed with 0.35-1.3 μl of matrix solution (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA), 0.07 M ammonium citrate in 1: 1 H 2 O: CH 3 CN) on a stainless steel sample target and allowed to dry before running the spectrum using a reflectron mode Thermo Bioanalysis Vision 2000-MALDI-TOF at 5 and 20 kV at the target and conversion dynode, respectively has been recorded. The external calibration formed from eight peaks (3000-18000 Da) was used for all spectra.

ERGEBNISSERESULTS

49 zeigt ein MALDI-TOF-Massenspektrum der Sequenzierleiter, die aus einem biologischen Amplifikationsprodukt als Matrize und einem 12-mer (5'-TGC ACC TGA CTC-3', SEQ ID Nr. 34) als Sequenzierprimer erzeugt wurde. Die auf Depurinierungen zurückzuführenden Peaks und solche Peaks, die nicht mit der Sequenz zusammenhängen, sind mit einem Sternchen markiert. Die MALDI-TOF MS-Messungen wurden an einem Reflektron-TOF MS aufgenommen. A.) Sequenzierleiter gestoppt mit ddATP; B.) Sequenzierleiter gestoppt mit ddCTP; C.) Sequenzierleiter gestoppt mit ddGTP; D.) Sequenzierleiter gestoppt mit ddTTP. 50 zeigt eine schematische Darstellung der in 49 hergestellten Sequenzierleiter mit den entsprechenden berechneten Molekülmassen bis zu 40 Basen nach dem Primer (SEQ ID Nr. 221–260). Für die Berechnung wurden die folgenden Massen verwendet: 3581,4 Da für den Primer, 312,2 Da für 7-Deaza-dATP, 304,2 Da für dTTP, 289,2 Da für dCTP und 328,2 Da für 7-Deaza-dGTP. 49 Figure 3 shows a MALDI-TOF mass spectrum of the sequencing ladder generated from a biological amplification product as template and a 12-mer (5'-TGC ACC TGA CTC-3 ', SEQ ID NO: 34) sequencing primer. The peaks due to depurinations and those not related to the sequence are marked with an asterisk. The MALDI-TOF MS measurements were taken on a reflectron TOF MS. A.) sequencing ladder stopped with ddATP; B.) sequencing ladder stopped with ddCTP; C.) sequencing ladder stopped with ddGTP; D.) Sequencer stopped with ddTTP. 50 shows a schematic representation of the in 49 prepared sequencing ladder with the corresponding calculated molecular masses up to 40 bases after the primer (SEQ ID Nos. 221-260). The following masses were used for the calculation: 3581.4 Da for the primer, 312.2 Da for 7-deaza-dATP, 304.2 Da for dTTP, 289.2 Da for dCTP and 328.2 Da for 7-Deaza dGTP.

51 zeigt die Sequenz des amplifizierten 209-bp-Amplifikationsprodukts im β-Globin-Gen (SEQ ID Nr. 261), das als Matrize für die Sequenzierung verwendet wurde. Die Sequenzen des entsprechenden Amplifikationsprimers und die Stelle des 12-mer-Sequenzierprimers sind ebenfalls gezeigt. Diese Sequenz stellt eine homozygote Mutante an der Position 4 Basen hinter dem Primer dar. In der Wildtypsequenz wäre dieses T durch ein A ersetzt. 51 Figure 4 shows the sequence of the amplified 209 bp amplification product in the β-globin gene (SEQ ID NO: 261) used as a template for sequencing. The sequences of the corresponding amplification primer and the location of the 12-mer sequencing primer are also shown. This sequence represents a homozygous mutant at position 4 bases behind the primer. In the wild-type sequence, this T would be replaced by an A.

BEISPIEL 11EXAMPLE 11

Mikrosatellitenanalyse unter Verwendung von Primer-Oligo-Basen-Extension (PROBE) und MALDI-TOF-MassenspektrometrieMicrosatellite analysis using of primer oligo base extension (PROBE) and MALDI-TOF mass spectrometry

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Das Verfahren verwendet einen einzelnen Nachweisprimer, gefolgt von einem Oligonukleotid-Extensionsschritt, um Produkte zu erhalten, die sich in ihrer Länge um eine Anzahl von Basen unterscheiden, die spezifisch für die Anzahl der Wiederholungs-Einheiten oder für Sekundärstellen-Mutationen innerhalb des wiederholten Bereichs sind, die leicht durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie aufgelöst werden können. Das Verfahren wird unter Verwendung des AluVpA-Polymorphismus im Intron 5 des Interferon-α-Rezeptorgens, das sich auf dem menschlichen Chromosom 21 befindet, und des Poly-T-Trakts der Spleißakzeptorstelle des Introns 8 des CFTR-Gens, das sich auf dem menschlichen Chromosom 7 befindet, als Modellsystem demonstriert.The Method uses a single detection primer followed by an oligonucleotide extension step to obtain products which are in their length to differentiate a number of bases specific to the number of repeat units or for secondary site mutations within of the repeated range, easily by MALDI-TOF mass spectrometry disbanded can be. The method is performed using the AluVpA polymorphism in intron 5 of the interferon α receptor gene, located on human chromosome 21 and the poly-T tract the splice acceptor site intron 8 of the CFTR gene located on the human chromosome 7, demonstrated as a model system.

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Genomische DNA wurde von 18 nicht verwandten Individuen und von einer Familie mit Mutter, Vater und drei Kindern erhalten. Der wiederholte Bereich wurde auf herkömmliche Weise durch denaturierende Gelelektrophorese bestimmt, und die erhaltenen Ergebnisse wurden durch Standard-Sanger-Sequenzierung bestätigt.Genomic DNA was obtained from 18 unrelated individuals and from a family with mother, father and three children. The repeated region was determined conventionally by denaturing gel electrophoresis, and the results obtained were determined by standard Sanger sequencing approved.

Die Primer für die PCR-Amplifikation (jeweils 8 pmol) waren IFNAR-1VS5-5': (5'-TGC TTA CTT AAC CCA GTG TG-3', SEQ ID Nr. 35) und IFNAR-1VS5-3'.2: (5'-CAC ACT ATG TAA TAC TAT GC-3', SEQ ID Nr. 36) für einen Teil des Introns 5 des Interferon-α-Rezeptor-Gens und CFEx9-F: (5'-GAA AAT ATC TGA CAA ACT CAT C-3', SEQ ID Nr. 37) (5'-biotinyliert) und CFEx9-R: (5'-CAT GGA CAC CAA ATT AAG TTC-3', SEQ ID Nr. 38) für das CFTR-Exon 9 mit flankierenden Intronsequenzen des CFTR-Gens. Taq-Polymerase, einschließlich 10×-Puffer, wurde von Boehringer-Mannheim bezogen, und die dNTPs wurden von Pharmacia erhalten. Das Gesamtreaktionsvolumen betrug 50 μl. Die PCR-Bedingungen waren 5 min bei 94°C, gefolgt von 40 Zyklen: 1 min bei 94°C, 45 sek bei 53°C und 30 sek bei 72°C, sowie einer abschließenden Extensionsdauer von 5 min bei 72°C.The Primer for PCR amplification (8 pmol each) was IFNAR-1VS5-5 ': (5'-TGC TTA CTT AAC CCA GTG TG-3 ', SEQ ID No. 35) and IFNAR-1VS5-3'.2: (5'-CAC ACT ATG TAA TAC TAT GC-3 ', SEQ ID No. 36) for part of the intron 5 of the interferon α-receptor gene and CFEx9-F: (5'-GAA AAT ATC TGA CAA ACT CAT C-3 ', SEQ ID NO: 37) (5'-biotinylated) and CFEx9-R: (5'-CAT GGA CAC CAA ATT AAG TTC-3 ', SEQ ID NO: 38) for the CFTR exon 9 with flanking intron sequences of the CFTR gene. Taq polymerase, including 10 × buffer, was by Boehringer-Mannheim and the dNTPs were obtained from Pharmacia. The total reaction volume was 50 μl. PCR conditions were at 94 ° C for 5 min, followed by 40 cycles: 1 min at 94 ° C, 45 sec at 53 ° C and 30 sec at 72 ° C, as well as a final one Extension period of 5 min at 72 ° C.

Die Amplifikationsprodukte wurden unter Verwendung des PCR-Reinigungs-Kits von Qiagen (Nr. 28106) gemäß den Herstellerangaben gereinigt. Die gereinigten Produkte wurden aus der Säule in 50 μl TE-Puffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 7,5) eluiert.The Amplification products were generated using the PCR purification kit from Qiagen (No. 28106) according to the manufacturer's instructions cleaned. The purified products were removed from the column in 50 μl of TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 7.5).

A) Die Primer-Oligo-Basen-Extension (Thermocycling-Verfahren CyclePROBE) wurde mit 5 pMol des geeigneten Nachweis-Primers (IFN: 5'-TGA GAC TCT GTC TC-3', SEQ ID Nr. 39) in einem Gesamtvolumen von 25 μl, einschließlich 1 pMol gereinigter Matrize, 2 Einheiten Thermosequenase (Amersham Life Science, Kat. Nr. E79000Y), 2,5 μl Thermosequenase-Puffer, jeweils 25 μmol Desoxynukleotid (7-Deaza-dATP, dTTP und in einigen Experimenten zusätzlich dCTP) und 100 μmol Didesoxyguanin und in einigen Experimenten zusätzlich ddCTP durchgeführt. Zyklusbedingungen: anfängliche Denaturierung bei 94°C für 5 min, gefolgt von 30 Zyklen 30 sek bei 44°C Hybridisierungstemperatur und 1 min bei 55°C Extensionstemperatur.A) The primer oligo base extension (thermocycling process CyclePROBE) was incubated with 5 pmol of the appropriate detection primer (IFN: 5'-TGA GAC TCT GTC TC-3 ', SEQ ID NO. 39) in a total volume of 25 μl, including 1 pmol of purified template, 2 units of thermosequenase (Amersham Life Science, cat. No. E79000Y), 2.5 μl thermosequenase buffer, 25 μmol each Deoxynucleotide (7-deaza-dATP, dTTP and in some experiments additionally dCTP) and 100 μmol dideoxyguanine and in some experiments in addition ddCTP performed. Cycle conditions: initial Denaturation at 94 ° C for 5 minutes, followed by 30 cycles of 30 sec at 44 ° C hybridization temperature and 1 min at 55 ° C Extension temperature.

Primer-Oligo-Basen-Extension (isothermes Verfahren)Primer oligo base extension (isothermal Method)

10 μl-Aliquote des gereinigten doppelsträngigen Amplifikationsprodukts (~ 3 pMol) wurden in ein Streptavidin-beschichtetes Well einer Mikrotiterplatte (~ 16 pMol Kapazität pro 50 μl-Volumen; Nr. 1645684, Boehringer-Mannheim) überführt, gefolgt von der Zugabe von 10 μl Inkubationspuffer (80 mM Natriumphosphat, 400 mM NaCl, 0,4% Tween 20, pH 7,5) und 30 μl Wasser. Nach einstündiger Inkubation bei Raumtemperatur wurden die Wells dreimal mit 200 μl Waschpuffer A (40 mM Tris, 1 mM EDTA, 50 mM NaCl, 0,1% Tween 20, pH 8,8) gewaschen und mit 100 μl 50 mM NaOH 3 min inkubiert, um die doppelsträngige DNA zu denaturieren. Anschließend wurden die Wells dreimal mit 200 μl 70 mM Ammoniumcitrat-Lösung gewaschen.10 μl aliquots of the purified double-stranded Amplification product (~ 3 pmoles) were transformed into a streptavidin-coated Well transferred to a microtiter plate (~ 16 pmole capacity per 50 μl volume; No. 1645684, Boehringer-Mannheim) from the addition of 10 μl Incubation buffer (80 mM sodium phosphate, 400 mM NaCl, 0.4% Tween 20, pH 7.5) and 30 μl Water. After one hour Incubation at room temperature, the wells were washed three times with 200 ul wash buffer A (40mM Tris, 1mM EDTA, 50mM NaCl, 0.1% Tween 20, pH 8.8) and with 100 μl 50 mM NaOH for 3 min to denature the double-stranded DNA. Subsequently the wells were washed three times with 200 μl 70 mM ammonium citrate solution washed.

Das Anlagern von 100 pmol Nachweis-Primer (CFpT: 5'-TTC CCC AAA TCC CTG-3', SEQ ID Nr. 40) erfolgte in 50 μl Hybridisierungspuffer (50 mM Ammoniumphosphat-Puffer, pH 7,0 und 100 mM Ammoniumchlorid) für 2 min bei 65°C, 10 min bei 37°C und 10 min bei Raumtemperatur. Die Wells wurden dreimal mit 200 μl Waschpuffer B (40 mM Tris, 1 mM EDTA, 50 mM NH4Cl, 0,1% Tween 20, pH 8,8) und einmal in 200 μl TE-Puffer gewaschen. Die Extensionsreaktion wurde unter Verwendung einiger Komponenten des DNA-Sequenzier-Kits von USB (Nr. 70770) und dNTPs oder ddNTPs von Pharmacia durchgeführt. Das Gesamt-Reaktionsvolumen betrug 45 μl, worin 21 μl Wasser, 6 μl Sequenase-Puffer, 3 μl 100 mM DTT-Lösung, 50 μl 7-Deaza-dATP, 20 μmol ddCTP, 5,5 μl Glycerin-Enzymverdünnungspuffer, 0,25 μl Sequenase 2.0 und 0,25 μl Pyrophosphatase enthalten waren. Die Reaktion wurde auf Eis pipettiert und 15 min bei Raumtemperatur sowie 5 min bei 37°C inkubiert. Die Wells wurden abschließend dreimal mit 200 μl Waschpuffer B gewaschen.The annealing of 100 pmol detection primer (CFpT: 5'-TTC CCC AAA TCC CTG-3 ', SEQ ID No. 40) was carried out in 50 μl hybridization buffer (50 mM ammonium phosphate buffer, pH 7.0 and 100 mM ammonium chloride). for 2 min at 65 ° C, 10 min at 37 ° C and 10 min at room temperature. The wells were washed three times with 200 μl Wash Buffer B (40 mM Tris, 1 mM EDTA, 50 mM NH 4 Cl, 0.1% Tween 20, pH 8.8) and once in 200 μl TE buffer. The extension reaction was performed using some components of the DNA sequencing kit from USB (# 70770) and dNTPs or ddNTPs from Pharmacia. The total reaction volume was 45 μl, containing 21 μl of water, 6 μl of Sequenase buffer, 3 μl of 100 mM DTT solution, 50 μl of 7-deaza-dATP, 20 μmol ddCTP, 5.5 μl of glycerol enzyme dilution buffer, 0.25 μl of Sequenase 2.0 and 0.25 μl of pyrophosphatase. The reaction was pipetted on ice and incubated at room temperature for 15 min and at 37 ° C for 5 min. The wells were finally washed three times with 200 μl washing buffer B.

Der verlängerte Primer wurde durch 10-minütiges Erhitzen in 50 μl einer 50 mM Ammoniumhydroxid-Lösung bei 80°C vom Matrizenstrang denaturiert.Of the extended Primer was run through 10 minutes Heat in 50 μl a 50 mM ammonium hydroxide solution at 80 ° C denatured by the template strand.

Zur Präzipitation wurden 10 μl 3 M NH4-Acetat (pH 6,5), 0,5 μl Glykogen (10 mg/ml Wasser, Sigma Kat. Nr. G1765) und 110 μl absolutes Ethanol zum Überstand zugegeben und 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert. Nach 10-minütiger Zentrifugation bei 13.000 g wurde das Sediment in 70%-igem Ethanol gewaschen und in 1 μl Wasser mit 18 MOhm/cm H2O Wasser resuspendiert.For precipitation, 10 μl of 3 M NH 4 acetate (pH 6.5), 0.5 μl of glycogen (10 mg / ml water, Sigma Cat. No. G1765) and 110 μl of absolute ethanol were added to the supernatant and incubated for 1 hour at room temperature incubated. After centrifugation at 13,000 g for 10 minutes, the sediment was washed in 70% ethanol and resuspended in 1 μl of water with 18 MOhm / cm H 2 O water.

Die Probenherstellung erfolgte durch Mischen von 0,6 μl Matrixlösung (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure, 0,07 M dibasisches Ammoniumcitrat in 1:1 H2O:CH3CN) mit 0,3 μl des resuspendierten DNA/Glycogen-Sediments auf einem Probenziel und Trocknen lassen an Luft. Bis zu 20 Proben wurden punktförmig auf eine Probenzielscheibe zum Einbringen in den Quellenbereich eines Thermo-Bioanalysis (früher Finnigan) Visions 2000 MALDITOF-Gerätes, welches im Reflektron-Modus mit 5 und 20 kV an der Ziel- bzw. an der Umwandlungsdynode betrieben wurde, aufgetragen. Die theoretische durchschnittliche Molekülmasse (Mr(ber.)) wurde aus den atomaren Zusammensetzungen berechnet, die aufgezeichneten experimentellen Mr-Werte (Mr(exp.)) sind diejenigen der einfach-protonierten Form, die unter Verwendung externer Kalibrierung bestimmt wurden.Samples were prepared by mixing 0.6 μl matrix solution (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid, 0.07 M dibasic ammonium citrate in 1: 1 H 2 O: CH 3 CN) with 0.3 μl of the resuspended DNA / glycogen sediment on a sample target and allow to dry in air. Up to 20 samples were spotted onto a sample target for introduction into the source region of a Thermo-Bioanalysis (formerly Finnigan) Vision 2000 MALDITOF instrument operating in 5 and 20 kV reflectron mode at the target and conversion dynodes, respectively; applied. The theoretical average molecular weight (M r (calc.)) Was calculated from the atomic compositions, the recorded experimental M r values (M r (exp.)) are those of the single-protonated form determined using external calibration.

ERGEBNISSERESULTS

Das Ziel der Experimente bestand darin, ein schnelles und zuverlässiges Verfahren zur exakten Bestimmung der Anzahl von Repeat-Einheiten in Mikrosatelliten oder der Länge eines Mononukleotid-Abschnittes zu entwickeln, welches das Potential besitzt, Sekundärstellenmutationen innerhalb des polymorphen Bereiches nachzuweisen. Daher wurde eine bestimmte Art der DNA-Sequenzierung (Primer Oligo Basen Extension, PROBE) mit der Beurteilung der resultierenden Produkte durch Matrix-unterstützte Laserdesorptions-/Ionisations-(MALDI)-Massenspektrometrie (MS) kombiniert. Die Flugzeit (TOF)-Reflektron-Anordnung wurde als mögliches Massenmessungssystem ausgewählt. Als anfänglicher Eignungstest wurde zunächst eine Untersuchung am AIuVpA Repeat-Polymorphismus durchgeführt, der sich im Intron 5 des menschlichen Interferon-α-Rezeptor-Gens befindet (cyclePROBE-Reaktion) und als zweites am poly-T-Trakt, der sich im Intron 8 des menschlichen CFTR-Gens befindet (isotherme PROBE-Reaktion).The The aim of the experiments was a fast and reliable procedure for the exact determination of the number of repeat units in microsatellites or the length to develop a mononucleotide section that has the potential owns, secondary site mutations within the polymorphic region. Therefore, one became certain type of DNA sequencing (primer oligo bases extension, SAMPLE) with evaluation of the resulting products by matrix-assisted laser desorption / ionization (MALDI) mass spectrometry (MS) combined. The time of flight (TOF) -reflector arrangement was considered possible Mass measurement system selected. As an initial Aptitude test was initially carried out a study on the AIuVpA repeat polymorphism, the is in intron 5 of the human interferon-α receptor gene (cyclePROBE reaction) and second, at the poly-T tract, located in intron 8 of the human CFTR gene is located (isothermal PROBE reaction).

In 52 ist das cyclePROBE-Experiment für den AluVpA-Repeat-Polymorphismus schematisch dargestellt. Die Verlängerung des Antisense-Strangs (SEQ ID Nr. 262) wurde mit dem Sense-Strang durchgeführt, der als Matrize diente. Der Nachweisprimer ist unterstrichen. In einer Familien-Untersuchung konnte eine co-dominante Segregation der verschiedenen Allele durch das Elektrophorese-Verfahren sowie durch das cyclePROBE-Verfahren und anschließende Massenspektrometrie-Analyse gezeigt werden (53). Die Allele von der Mutter und von Kind 2, bei denen eine direkte Elektrophorese des amplifizierten Produktes ergab, dass eine der beiden Kopien 13 Wiederholungseinheiten besaß, wiesen gemäß cyclePROBE stattdessen nur 11 Einheiten auf, wobei ddG als Terminator verwendet wurde. Der Austausch von ddG durch ddC führte zu einem weiteren, unerwarteten kurzen Allel mit einer Molekülmasse von etwa 11.650 in der DNA der Mutter und von Kind 2 (54). Die Sequenzanalyse bestätigte das Vorliegen von zwei Sekundärstellenmutationen in dem Allel mit 13 Wiederholungseinheiten. Die erste ist eine C-zu-T-Transition in der dritten Wiederholungseinheit, und die zweite Mutation ist eine T-zu-G-Transversion in der neunten Wiederholungseinheit. Die Untersuchung von 28 nicht verwandten Individuen mittels cyclePROBE ergab, dass das Allel mit 13 Einheiten in ein normales Allel und ein verkürztes Allel gespleißt wird. Eine statistische Auswertung zeigt, dass sich der Polymorphismus bei beiden Verfahren in einem Hardy-Weinberg-Gleichgewicht befindet, bei Anwendung von cyclePROBE als Nachweisverfahren ist der Polymorphismus-Informationsgehalt jedoch auf 0,734 erhöht.In 52 the cyclePROBE experiment for the AluVpA repeat polymorphism is shown schematically. The extension of the antisense strand (SEQ ID NO: 262) was performed with the sense strand which served as a template. The detection primer is underlined. In a family study, a co-dominant segregation of the various alleles was demonstrated by the electrophoresis method as well as by the cyclePROBE method and subsequent mass spectrometry analysis ( 53 ). The maternal and pediatric 2 alleles, in which direct electrophoresis of the amplified product revealed that one of the two copies had 13 repeat units, instead exhibited only 11 units according to cycle PROB, using ddG as the terminator. Replacement of ddG by ddC resulted in another unexpected short allele with a molecular mass of about 11,650 in the DNA of the mother and of child 2 (FIG. 54 ). Sequence analysis confirmed the presence of two secondary site mutations in the allele with 13 repeat units. The first is a C to T transition in the third repeat unit, and the second mutation is a T to G transversion in the ninth repeat unit. Examination of 28 unrelated individuals using cyclePROBE revealed that the 13-unit allele is spliced into a normal allele and a truncated allele. A statistical evaluation shows that the polymorphism is in a Hardy-Weinberg equilibrium in both methods, but when using cyclePROBE as a detection method, the polymorphism information content is increased to 0.734.

PROBE wurde auch als isothermes Verfahren zum Nachweis der 3 üblichen Allele an der Spleißakzeptorstelle von Intron 8 des CFTR-Gens (SEQ ID Nr. 263) verwendet. 55 zeigt eine schematische Darstellung der erwarteten diagnostischen Produkte (SEQ ID Nr. 264–266) mit den theoretischen Massenwerten. Die Reaktion wurde auch in der Antisense-Richtung durchgeführt.PROBE was also used as an isothermal method to detect the 3 common alleles at the splice acceptor site of intron 8 of the CFTR gene (SEQ ID NO: 263). 55 shows a schematic representation of the expected diagnostic products (SEQ ID NO: 264-266) with the theoretical mass values. The reaction was also carried out in the antisense direction.

56 zeigt, dass alle drei üblichen Allele (T5, T7 bzw. T9) an diesem Locus mit diesem Verfahren zuverlässig offenbart werden konnten. Die 56 zeigt, dass die Massengenauigkeit und -präzision mit der in dieser Untersuchung verwendeten Reflektron-Laufzeit im Bereich von 0–0,4% lag, wobei die relative Standardabweichung 0,13% betrug. Dies ist weitaus besser als die Einzelbasengenauigkeit für die im IFNAR-System erzeugten < 90-mer-Diagnoseprodukte. Eine derart hohe analytische Sensitivität reicht aus, um in der Wiederholungseinheit oder ihren flankierenden Bereichen Einzel- oder Mehrfach-Insertions-/Deletions-Mutationen aufzuspüren, die bei einem 90-mer Massenabweichungen von > 1% hervorrufen würden. Dies ist analog zur polyT-Trakt-Analyse in 56. Andere Mutationen (d. h. eine A-zu-T- oder eine T-zu-A-Mutation im A3T-Repeat des IFNAR-Gens), die keine frühzeitige Produkttermination verursachen, sind bei keiner dNTP/ddNTP-Kombination mit PROBE und Niederleistungs-MS-Geräten nachweisbar; eine 9-Da-Verschiebung in einem 90-mer entspricht einer 0,03%-igen Massenabweichung. Es ist gezeigt worden, dass sich die zum Nachweis so geringer Massenabweichungen erforderliche Genauigkeit und Präzision mit leistungsfähigeren Geräten erreichen lässt, wie etwa Fourier-Transform (FT)-MS, bei der eine Einzel-Da-Genauigkeit bis zu 100-meren erzielt wird. Es ist außerdem gezeigt worden, dass Punktmutationen in Produkten mit vergleichbarer Größe mittels Tandem-FTMS, bei der ein Fragment mit Massenabweichung innerhalb des Gerätes isoliert und zur Erzeugung sequenzspezifischer Fragmente dissoziiert werden kann, auf die Base genau lokalisieren können. Die Kombination von PROBE mit einer leistungsfähigeren Ausrüstung wird somit eine Analyse-Empfindlichkeit besitzen, die ansonsten nur durch umständliches Sequenzieren des gesamten Wiederholungsbereiches erreicht werden kann. 56 shows that all three common alleles (T5, T7, and T9, respectively) at this locus could be reliably revealed by this method. The 56 shows that the mass accuracy and precision with the reflectron runtime used in this study was in the range of 0-0.4%, the relative standard deviation being 0.13%. This is far better than the single-base accuracy for the <90-mer diagnostic products generated in the IFNAR system. Such high analytical sensitivity is sufficient to detect single or multiple insertion / deletion mutations in the repeat unit or its flanking regions, which would produce> 1% mass deviations in a 90-mer. This is analogous to polyT tract analysis in 56 , Other mutations (ie, an A to T or a T to A mutation in the A3T repeat of the IFNAR gene) that do not cause early product termination are absent in any dNTP / ddNTP combination with PROBE and low power MS Devices detectable; a 9-Da shift in a 90-mer corresponds to a 0.03% mass deviation. It has been demonstrated that the accuracy and precision required to detect such small mass deviations can be achieved with more powerful equipment such as Fourier transform (FT) MS, which achieves single Da accuracy up to 100 microns. It has also been shown that point mutations in products of comparable size can be localized to the base by tandem FTMS, where a fragment with mass variation can be isolated within the device and dissociated to produce sequence-specific fragments. The combination of PROBE with more powerful equipment will thus have an analysis sensitivity that can otherwise only be achieved by cumbersome sequencing of the entire repeat range.

BEISPIEL 12EXAMPLE 12

Verbesserte Genotyp-Bestimmung von Apolipoprotein E mittels Primer-Oligo Basen-Extension (PROBE) und MALDI-TOF-MassenspektrometrieImproved genotype determination of apolipoprotein E using primer oligo base extension (PROBE) and MALDI-TOF mass spectrometry

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

PCR-Amplifikation.PCR amplification.

Menschliche genomische Leukozyten-DNA aus 100 anonymen Individuen einer zuvor veröffentlichten Untersuchung (Braun, A. et al. (1992), Human Genet. 89, 401–406) wurde unter Verwendung konventioneller Verfahren auf Apolipoprotein-E-Genotypen gescreent. PCR-Primer für die Amplifikation eines Abschnittes des Exons 4 des apo-E-Gens wurden entsprechend der veröffentlichten Sequenz (Das, HK et al. (1985), J. Biol. Chem. 260:6240–6247) abgeleitet (Vorwärts-Primer, apo-E-F: 5'-GGC ACG GCT GTC CAA GGA G-3', SEQ ID Nr. 41; Rückwärts-Primer, apo-E-R: 5'-AGG CCG CGC TCG GCG CCC TC-3', SEQ ID Nr. 42). Taq-Polymerase und 10×-Puffer wurden von Boehringer-Mannheim (Deutschland) bezogen, und die dNTPs von Pharmacia (Freiburg, Deutschland). Das Gesamt-Reaktionsvolumen betrug 50 μl, einschließlich 8 pmol jedes Primers und 10% DMSO (Dimethylsulfoxid, Sigma) mit etwa 200 ng genomischer DNA, die als Matrize verwendet wurde. Die Lösungen wurden auf 80°C erhitzt, bevor 1 E Polymerase zugegeben wurde; die PCR-Bedingungen waren: 2 min bei 94°C, gefolgt von 40 Zyklen 30 sek bei 94°C, 45 sek bei 63°C, 30 sek bei 72°C und einer abschließenden Extensionsdauer von 2 min bei 72°C.human genomic leukocyte DNA from 100 anonymous individuals previously published investigation (Braun, A. et al., (1992) Human Genet. 89, 401-406) was used conventional method screened for apolipoprotein E genotypes. PCR primer for amplification of a section of exon 4 of the apo E gene have been correspondingly the published Sequence (Das, HK et al., (1985) J. Biol. Chem. 260: 6240-6247) (Forward primer, apo-E-F: 5'-GGC ACG GCT GTC CAA GGA G-3 ', SEQ ID NO: 41; Reverse primer apo-E-R: 5'-AGG CCG CGC TCG GCG CCC TC-3 ', SEQ ID NO: 42). Taq polymerase and 10x buffer were from Boehringer-Mannheim (Germany), and the dNTPs from Pharmacia (Freiburg, Germany). The total reaction volume was 50 μl, including 8 pmol of each primer and 10% DMSO (dimethyl sulfoxide, Sigma) at about 200 ng genomic DNA that was used as a template. The solutions were heated to 80 ° C, before adding 1 E polymerase; the PCR conditions were: 2 min at 94 ° C, followed by 40 cycles 30 sec at 94 ° C, 45 sec at 63 ° C, 30 sec at 72 ° C and a final one Extension period of 2 min at 72 ° C.

Restriktionsenzymverdau und Polyacrylamid-ElektrophoreseRestriction enzyme digestion and polyacrylamide electrophoresis

Cfol und RsaI und Reaktionspuffer L wurden von Boehringer-Mannheim bezogen und Hhal von Pharmacia (Freiburg, Deutschland). Für einen Verdau mit Cfol allein und für einen gleichzeitigen Cfol/Rsal-Verdau wurden 20 pl amplifizierte Produkte mit 15 μl Wasser und 4 pl Puffer L von Boehringer-Mannheim verdünnt; nach Zugabe von 10 Einheiten des geeigneten Restriktionsenzyms/der geeigneten Restriktionsenzyme wurden die Proben 60 min bei 37°C inkubiert. Die Vorgehensweise für einen gleichzeitigen Hhal/Rsal-Verdau erforderte zunächst einen Verdau durch Rsal in Puffer L für eine Stunde, und die anschließende Zugabe von NaCl (50mM Endkonzentration) und Hhal und weitere Inkubation für eine Stunde. 20 pl des Restriktionsverdaus wurden auf einem 12%-igen Polyacrylamidgel, wie an anderer Stelle beschrieben (Hixson (1990) J. Lipid Res. 31 545–548), analysiert. Die Erkennungssequenzen von Rsal und Cfol (Hhal) sind GT/AC bzw. GCG/C, die Massen der erwarteten Verdaufragmente aus dem amplifizierten 252-mer-Produkt mit Cfol allein und aus dem gleichzeitigen Doppelverdau mit Cfol (oder Hhal) und Rsal sind in Tabelle V angegeben.Cfol and RsaI and reaction buffer L were purchased from Boehringer-Mannheim and Hhal from Pharmacia (Freiburg, Germany). For one Digest with Cfol alone and for a concurrent Cfol / Rsal digest was amplified 20 μl Products with 15 μl Water and 4 μl buffer L diluted by Boehringer-Mannheim; to Add 10 units of the appropriate restriction enzyme (s) Restriction enzymes, the samples were incubated for 60 min at 37 ° C. The procedure for a simultaneous Hhal / Rsal digestion first required one Digestion by Rsal in buffer L for one hour, and the subsequent one Addition of NaCl (50 mM final concentration) and HHI and further incubation for one Hour. 20 μl of the restriction digests were on a 12% Polyacrylamide gel as described elsewhere (Hixson (1990) J. Lipid Res. 31 545-548), analyzed. The recognition sequences of Rsal and Cfol (Hhal) are GT / AC or GCG / C, the masses of expected digestion fragments the amplified 252-mer product with Cfol alone and from the concomitant Double digest with Cfol (or Hhal) and Rsal are given in Table V.

Thermo-PROBEThermo-PROBE

Die PCR-Amplifikation wurde wie vorstehend beschrieben durchgeführt, wobei die Produkte jedoch zur Entfernung nicht eingebauter Primer mit dem "Qiaquick"-Kit von Qiagen gereinigt wurden. Multiplex-Thermo-PROBE erfolgte mit 35 μl amplifiziertem Produkt und jeweils 8 pmol der Nachweis-Primer für Codon 112 (5'-GCG GAC ATG GAG GAC GTG-3', SEQ ID Nr. 43) und 158 (5'-GAT GCC GAT GAC CTG CAG AAG-3', SEQ ID Nr. 44) in 20 μl, einschließlich ~ 1 pmol gereinigter biotinylierter Antisense-Matrize, immobilisiert auf Streptavidin-beschichteten Magnetperlen, 2,5 Einheiten Thermosequenase, 2 μl Thermosequenasepuffer, 50 μM jedes dNTPs und 200 μM ddXTP, wobei die Basenidentität von N und X wie im Text erläutert ist. Die Zyklus-Bedingungen waren: Denaturierung (94°C, 30 sek), gefolgt von 30 Zyklen bei 94°C (10 min) und 60°C (45 sek).The PCR amplification was performed as described above, wherein however, the products are used to remove unincorporated primers cleaned by Qiagen's "Qiaquick" kit were. Multiplex Thermo-PROBE was carried out with 35 μl amplified product and in each case 8 pmol of the detection primer for codon 112 (5'-GCG GAC ATG GAG GAC GTG-3 ', SEQ ID Nos. 43) and 158 (5'-GAT GCC GAT GAC CTG CAG AAG-3 ', SEQ ID No. 44) in 20 μl, including ~ 1 pmol of purified biotinylated antisense template immobilized on streptavidin-coated magnetic beads, 2.5 units of thermosequenase, 2 μl thermosequenase buffer, 50 μM each dNTPs and 200 μM ddXTP, where the base identity from N and X as explained in the text is. Cycle conditions were: denaturation (94 ° C, 30 sec), followed by 30 cycles at 94 ° C (10 min) and 60 ° C (45 sec).

Probenherstellung und Analyse durch MALDI-TOF-MSSample preparation and analysis by MALDI-TOF-MS

Für die Präzipitation (Stults et al. (1991), Rapid Commun. Mass Spectrom. 5:359–363) beider Verdaus sowie der PROBE-Produkte wurden 5 μl 3 M Ammoniumacetat (pH 6,5), 0,5 μl Glykogen (10 mg/ml, Sigma) und 110 μl absolutes Ethanol zu 50 μl der Analytlösungen zugegeben und 1 Stunde bei Raumtemperatur gelagert. Nach 10-minütiger Zentrifugation bei 13.000 × g wurde das Sediment in 70%-igem Ethanol gewaschen und in 1 μl Wasser mit 18 MOhm/cm H2O gewaschen. Wenn im Text angegeben erfolgte zusätzliches Entsalzen durch Schütteln von 10–20 μl Ammonium-gesättigten DOWEX (Fluka Nr. 44485) Kationenaustauschperlen in 40 μl Analyt. Die in protonierter Form bezogenen Perlen wurden mit drei 5-minütigen Zentrifugations-Dekantierschritten in 2 M NH4OH, gefolgt von H2O und 10 mM Ammoniumcitrat, vorbehandelt.For the precipitation (Stults et al., 1991, Rapid Commun. Mass Spectrom., 5: 359-363) of both digests and the PROBE products, 5 μl 3 M ammonium acetate (pH 6.5), 0.5 μl glycogen ( 10 mg / ml, Sigma) and 110 μl of absolute ethanol was added to 50 μl of the analyte solutions and stored at room temperature for 1 hour. After centrifugation at 13,000 × g for 10 minutes, the sediment was washed in 70% ethanol and washed in 1 μl of water with 18 MOhm / cm H 2 O. If indicated in the text, additional desalting was accomplished by shaking 10-20 μl of ammonium-saturated DOWEX (Fluka # 44485) cation exchange beads in 40 μl of analyte. The protonated beads were pretreated with three 5-minute centrifugation decant steps in 2 M NH 4 OH followed by H 2 O and 10 mM ammonium citrate.

0,35 μl resuspendierte DNA wurden auf einer Edelstahl-Probenzielscheibe mit 0,35–1,3 μl Matrixlösungen (Wu el al. (1993) Rapid Commun. Mass Spectrom. 7:142–146), (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure (3-HPA), 0,07 M Ammoniumcitrat in 1:1 H2O:CH3CN) gemischt und an der Luft trocknen gelassen, bevor die Spektralanalyse unter Verwendung eines Thermo-Bioanalysis Vision 2000 MALDI-TOF erfolgte, der im Reflektron-Modus mit 5 und 20 kV an der Ziel- bzw. der Umwandlungsdynode betrieben wurde. Die theoretischen durchschnittlichen Molekülmassen (Mr(ber.)) der Fragmente wurden aus den atomaren Zusammensetzungen berechnet; die Masse eines Protons (1,08 Da) wird bei der Aufzeichnung der experimentellen Molekülmassen (Mr(exp.)) von den Rohdatenwerten als neutrale Grundlage subtrahiert. Auf alle Spektren wurde eine externe Kalibrierung angewendet, die aus acht Peaks (3000 bis 18.000 Da) gebildet wurde.0.35 μl of resuspended DNA was loaded onto a stainless steel sample target with 0.35-1.3 μl of matrix solution (1993) Rapid Commun. Mass Spectrom., 7: 142-146), (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA), 0.07 M ammonium citrate in 1: 1 H 2 O: CH 3 CN) and allowed to air dry before spectral analysis using a Thermo-Bioanalysis Vision 2000 MALDI-TOF operated in reflectron mode at 5 and 20 kV at the target and conversion dynodes, respectively. The theoretical average molecular weights (M r (calc.)) Of the fragments were calculated from the atomic compositions; the mass of a proton (1.08 Da) is subtracted from the raw data values as a neutral basis when recording the experimental molecular masses (M r (exp.)). All spectra were subjected to an external calibration, which was formed from eight peaks (3000 to 18,000 Da).

ERGEBNISSERESULTS

Verdau mit Cfol alleinDigest with Cfol alone

Die Nebendarstellung in 57a zeigt eine elektrophoretische Auftrennung eines ε3/ε3-Genotyps nach Verdau des 252 bp großen amplifizierten apo-E-Produktes mit Cfol, auf einem 12%igen Polyacrylamidgel. Der Vergleich der Elektrophoresebanden mit einer Molekulargewichtsleiter zeigt, dass das Spaltungsmuster überwiegend so ist, wie für den ε3/ε3-Genotyp erwartet (Tabelle V). Unterschiede sind, dass eine schwache Bande von etwa 25 bp nicht erwartet wurde, und dass die kleinsten Fragmente nicht beobachtet wurden. Das begleitende Massenspektrum der präzipitierten Verdauprodukte zeigt ein ähnliches Muster, wenngleich mit höherer Auflösung. Der Vergleich mit Tabelle V zeigt, dass die beobachteten Massen mit denen von einzelsträngiger DNA im Einklang sind; es ist bekannt, dass kurze ds-DNA-Abschnitte unter normalen MALDI-Bedingungen durch die Kombination einer sauren Matrixumgebung (3-HPA, pKa 3) und der Absorption von Wärmeenergie über Wechselwirkungen mit dem bei 337 nm absorbierenden 3-HPA bei Ionisierung denaturiert werden (Tang, K. et al. (1994), Rapid Commun Mass Spectrom. 8:183–186).The secondary representation in 57a shows an electrophoretic separation of a ε3 / ε3 genotype after digestion of the 252 bp amplified apo E product with Cfol, on a 12% polyacrylamide gel. Comparison of the electrophoresis bands with a molecular weight ladder shows that the cleavage pattern is predominantly as expected for the ε3 / ε3 genotype (Table V). Differences are that a weak band of about 25 bp was not expected, and that the smallest fragments were not observed. The accompanying mass spectrum of precipitated digestion products shows a similar pattern, albeit at a higher resolution. The comparison with Table V shows that the observed masses are consistent with those of single-stranded DNA; It is known that under normal MALDI conditions, short ds DNA segments denature upon ionization by the combination of an acidic matrix environment (3-HPA, pK a 3) and the absorption of heat energy via interactions with the 3,3-HPA absorbing at 337 nm (Tang, K. et al., 1994, Rapid Commun Mass Spectrom., 8: 183-186).

Die ungefähr 25-mere, die durch Elektrophorese nicht aufgetrennt werden, werden durch MS in drei einzelsträngige Fragmente aufgetrennt; das größte von ihnen (7427 Da) kann ein doppelt geladenes Ion der 14,8 kDa Fragmente darstellen (m = 14850, z = 2; m/z = 7425) die 6715 und 7153 Da großen Fragmente könnten von PCR-Artefakten oder Primer-Verunreinigungen herrühren; alle drei Peaks werden nicht beobachtet, wenn die amplifizierten Produkte vor der Spaltung mit Qiagen Reinigungs-Kits aufgereinigt werden. Das in Tabelle V erwähnte 8871 Da große 3'-terminale 29-mer-Sensestrang-Fragment wird nicht beobachtet; die bei 9186 Da gefundene Spezies entspricht der Addition einer zusätzlichen Base (9187 – 8871 = 316, entspricht einem A) durch die Taq-Polymerase bei der PCR-Amplifikation (Hu, G. et al. (1993), DNA and Cell Biol. 12:763–779). Die individuellen Einzelstränge jedes Doppelstrangs mit < 35 Basen (11 kDa) werden als einzelne Peaks aufgelöst; die 48 Basen großen Einzelstränge (Mr(ber.)) 14845 und 14858) werden jedoch als nicht aufgelöster Einzelpeak bei 14850 Da beobachtet. Seine Auftrennung in einzelne Peaks würde eine Massenauflösung (m/⌂m, Verhältnis der Masse zur Peakbreite bei halber Höhe) von 14850/13 = 1140 erfordern, was fast eine Größenordnung höher ist, als es bei den in dieser Untersuchung eingesetzten Standard-Reflektron-Flugzeitgeräten Routine ist; die Auflösung so kleiner Massenunterschiede mit Hochleistungsgeräten, wie Fourier-Transform-MS, die in diesem Massenbereich eine um bis zu drei Größenordnungen höhere Auflösung bereitstellt, wurde gezeigt. Die 91-mer-Einzelstränge (Mr(ber.) 27849 und 28436) werden ebenfalls nicht aufgelöst, obwohl dafür eine Auflösung von nur < 50 erforderlich ist. Die drastische Abnahme der Peak-Qualität bei höheren Massen ist auf die metastabile Fragmentierung (d. h. Depurinierung) zurückzuführen, die von überschüssiger innerer Energie herrührt, die während und nach der Laserbestrahlung absorbiert wird.The approximately 25-mers that are not resolved by electrophoresis are separated by MS into three single-stranded fragments; the largest of them (7427 Da) may represent a doubly charged ion of the 14.8 kDa fragments (m = 14850, z = 2, m / z = 7425) the 6715 and 7153 Da fragments may be from PCR artifacts or primers Impurities come from; all three peaks are not observed when the amplified products are purified before cleavage with Qiagen purification kits. The 8871 Da 3'-terminal 29-mer sense strand fragment mentioned in Table V is not observed; the species found at 9186 Da corresponds to the addition of an additional base (9187-8871 = 316, corresponding to A) by the Taq polymerase in the PCR amplification (Hu, G. et al. (1993), DNA and Cell Biol. 12: 763-779). The individual single strands of each <35 bases (11 kDa) double strand are resolved as single peaks; however, the 48-base single strands (M r (calc.)) 14845 and 14858) are observed as unresolved single peak at 14850 Da. Its separation into individual peaks would require a mass resolution (m / ⌂m, ratio of the mass to the peak width at half height) of 14850/13 = 1140, which is almost an order of magnitude higher than that of the standard reflectron used in this study. Flight time equipment is routine; the resolution of such small mass differences with high power devices, such as Fourier transform MS, which provides up to three orders of magnitude higher resolution in this mass range, has been demonstrated. The 91-mer single strands (M r (calc.) 27849 and 28436) are also not resolved, although a resolution of only <50 is required. The dramatic decrease in peak quality at higher masses is due to metastable fragmentation (ie depurination), which results from excess internal energy absorbed during and after laser irradiation.

Gleichzeitiger Verdau mit Cfol und RsalSimultaneous digestion with Cfol and Rsal

57b (Nebenschaubild) zeigt eine Gelelektrophorese-Auftrennung von ε3/ε3-Doppelverdau-Produkten auf einem 12%-igen Polyacrylamidgel, wobei Banden mit dsDNA mit einer Größe von 24, 31, 36, 48 und 55 Basenpaaren übereinstimmen, nicht aber mit kleineren Fragmenten. Obwohl mehr Peaks als mit Cfol allein erzeugt werden (Tabelle V), ist das entsprechende Massenspektrum dennoch leichter interpretierbar und reproduzierbar, da alle Fragmente < 60 Basen enthalten, ein Größenbereich, der für MALDI-MS viel besser geeignet ist, wenn verlässlich genaue Mr-Werte (z. B. 0,1%) gewünscht sind. Für Fragmente in diesem Massenbereich beträgt die Massen-Messgenauigkeit unter Verwendung externer Kalibrierung –0,1% (d. h. ≥ ± 10 Da bei 10 kDa). Eine signifikante Depurinierung (in der Figur durch Sternchen angezeigt) wird bei allen Peaks oberhalb von 10 kDa beobachtet, aber selbst der größte Peak bei 17171 Da wird eindeutig von seinem Depurinierungspeak aufgetrennt, so dass ein exakter Mr gemessen werden kann. Obwohl die molaren Konzentrationen der Verdauprodukte identisch sein sollten, wird eine gewisse Vernachlässigung von Fragmenten mit ≤ 11 Basen beobachtet, vermutlich aufgrund ihres Verlust im Ethanol/Glykogen-Fällungsschritt. Die Qualität der MS-Ergebnisse aus dem Doppelverdau mit Cfol (oder Hhal) und Rsal ist besser als bei Cfol (oder Hhal) allein, da die erzeugten kleineren Fragmente gut für Messungen mit höherer Massengenauigkeit geeignet sind, und bei keinem der Genotypen besteht die Möglichkeit, dass Dimer-Peaks mit Hochmassen-Diagnose-Peaks überlappen. Da die Spaltungen mit Rsal/Cfol und Rsal/Hhal die gleichen Restriktionsfragmente erzeugen, erstere aber gleichzeitig erfolgen können, weil ihre Pufferbedingungen gleich sind, wurde dieses Enzymgemisch für alle nachfolgenden Genotyp-Bestimmungen mittels Restriktionsverdau-Protokollen verwendet. Tabelle V Masse und Kopienzahl erwarteter Restriktionsverdau-Produkte Tabelle Va Cfol-Verdaua (+) (–) e2/e2 e2/e2 e2/e2 e2/e2 e2/e2 e2/e2 5781, 5999 - -- 1 -- 1 2 10752, 10921 -- 1 1 2 2 2 14845, 14858 -- 1 1 2 2 2 22102, 22440 - -- 1 -- 1 2 25575, 25763 2 1 1 - - -- 27849, 28436 2 2 1 2 1 -- Tabelle Vb Cfol/Rsal-Verdaub (+) (–) e2/e2 e2/e3 e2/e4 e3/e3 e3/e4 e4/e4 3428, 4025 -- 1 1 2 2 2 5283, 5880 - -- 1 -- 1 2 5781, 5999 - -- 1 -- 1 2 11279, 11627 2 2 1 2 1 -- 14845, 14858 -- 1 1 2 2 2 18269, 18848 2 2 1 - - -

  • aCfol-invariante Fragment-Massen: 1848, 2177, 2186, 2435, 4924, 5004, 5412, 5750, 8871, 9628 Da.
  • bCfol-invariante Fragment-Massen: 1848, 2177, 2186, 2436, 4924, 5004, 5412, 5750,6745, 7510, 8871, 9628, 16240, 17175 Da.
Tabelle VI ddT Mr(ber.) ddT Mr(exp.) ddC M5(ber.) ddC Mr(exp.) e2/e2 85918, 6768 -- a86536, b7387 -- 2/e3 a5918, b6768, b7965 5919, 6769, 7967 a6536, b6753, b7387 6542, 6752, 7393 2/e4 a5918, b6768, b7965 a8970 - a5903, b6536, b6753, a7387 - e3/e3 a5918, b7965 5918, 7966 a6536, b6753 6542, 6756 3/e4 a5918, b7965, a8970 5914,7959, 8965 a5903, b6536 b6753 5898, 6533, 6747 e4/e4 b7965, a8970 7966, 8969 a5903, b6753 5900, 6752
  • avon Codon 112-Nachweisprimer (unverlängert 5629,7 Da).
  • bvon Codon 158-Nachweisprimer (unverlängert 6480,3 Da).
  • Gestrichelte Linien: Dieser Genotyp war aus dem analysierten Pool von 100 Patienten nicht erhältlich.
57b (Secondary panel) shows gel electrophoresis separation of ε3 / ε3 double digestion products on a 12% polyacrylamide gel, with bands consistent with 24, 31, 36, 48 and 55 base pair dsDNA but not with smaller fragments. Although more peaks are generated as with Cfol alone (Table V), the corresponding mass spectrum still easier to interpret and reproducible because all fragments containing <60 bases, a size range that is much better suited for MALDI-MS as reliably accurate M r Values (eg 0.1%) are desired. For fragments in this mass range, the mass measurement accuracy using external calibration is -0.1% (ie, ≥ ± 10 Da at 10 kDa). Significant depurination (indicated by asterisks in the figure) is observed for all peaks above 10 kDa, but even the largest peak at 17171 Da is clearly separated from its depurination peak, so that an exact Mr can be measured. Although the molar concentrations of the digestion products should be identical, some neglect of ≤ 11 base fragments is observed, presumably due to their loss in the ethanol / glycogen precipitation step. The quality of MS results from double digestion with Cfol (or Hhal) and Rsal is better than with Cfol (or Hhal) alone, because the smaller fragments generated are well suited for higher mass accuracy measurements, and none of the genotypes have the potential for dimer peaks to overlap with high mass diagnostic peaks. Since the Rsal / Cfol and Rsal / Hhal cleavages generate the same restriction fragments, but the former can occur simultaneously because their buffer conditions are the same, this enzyme mixture was used for all subsequent genotype determinations by restriction digest protocols. Table V Mass and Copy Number of Expected Restriction Digest Products Table Va Cfol Digest a (+) (-) e2 / e2 e2 / e2 e2 / e2 e2 / e2 e2 / e2 e2 / e2 5781, 5999 - - 1 - 1 2 10752, 10921 - 1 1 2 2 2 14845, 14858 - 1 1 2 2 2 22102, 22440 - - 1 - 1 2 25575, 25763 2 1 1 - - - 27849, 28436 2 2 1 2 1 - Table Vb Cfol / Rsal digest (+) (-) e2 / e2 e2 / e3 e2 / e4 e3 / e3 e3 / e4 e4 / e4 3428, 4025 - 1 1 2 2 2 5283, 5880 - - 1 - 1 2 5781, 5999 - - 1 - 1 2 11279, 11627 2 2 1 2 1 - 14845, 14858 - 1 1 2 2 2 18269, 18848 2 2 1 - - -
  • a Cfol invariant fragment masses: 1848, 2177, 2186, 2435, 4924, 5004, 5412, 5750, 8871, 9628 Da.
  • b Cfol invariant fragment masses: 1848, 2177, 2186, 2436, 4924, 5004, 5412, 5750, 6745, 7510, 8871, 9628, 16240, 17175 Da.
Table VI ddT M r (comp.) ddT M r (exp.) ddC M 5 (comp.) ddC M r (exp.) e2 / e2 85918, 6768 - a 86536, b 7387 - 2 / e3 a 5918, b 6768, b 7965 5919, 6769, 7967 a 6536, b 6753, b 7387 6542, 6752, 7393 2 / e4 a 5918, b 6768, b 7965 a 8970 - a 5903, b 6536, b 6753, a 7387 - e3 / e3 a 5918, b 7965 5918, 7966 a 6536, b 6753 6542, 6756 3 / e4 a 5918, b 7965, a 8970 5914, 7959, 8965 a 5903, b 6536 b 6753 5898, 6533, 6747 e4 / e4 b 7965, a 8970 7966, 8969 a 5903, b 6753 5900, 6752
  • a from codon 112 detection primer (undiluted 5629.7 Da).
  • b codon 158 of detection primer (unextended 6480.3 Da).
  • Dashed lines: This genotype was not available from the analyzed pool of 100 patients.

58a–c zeigt den ApoE-ε3/ε3-Genotyp nach Verdau mit Cfol und eine Vielfalt von Präzipitations-Schemata; Aliquote mit gleichem Volumen wurden jeweils vom gleichen Amplifikationsprodukt verwendet. Die Probe, die mit einer einzigen Präzipitation (58a) aus einer Ammoniumacetat/Ethanol/Glykogen-Lösung behandelt wurde, ergibt ein Massenspektrum, das sich insbesondere bei hoher Masse durch breite Peaks auszeichnet. Die Massen für intensive Peaks bei 5,4, 10,7 und 14,9 kDa sind um 26 Da (0,5%), 61 Da (0,6%) bzw. 45 Da (0,3%) höher als die erwarteten Werte; die Auflösung (das Verhältnis von Peak-Breite bei der Hälfte seiner Gesamtintensität zur gemessenen Masse des Peaks) beträgt jeweils –50 und nimmt mit steigender Masse ab. Diese Beobachtungen sind im Einklang mit einem hohen Ausmaß an Adduktion nichtflüchtiger Kationen; bei dem 10,8 kDa-Fragment entspricht die beobachtete Massenverschiebung einem Verhältnis von adduzierten zu nicht-adduzierten Molekülionen, das größer als das Einheitsverhältnis ist. 58a Figure c shows the ApoE-ε3 / ε3 genotype after digestion with Cfol and a variety of precipitation schemes; Aliquots of the same volume were each used by the same amplification product. The sample with a single precipitation ( 58a ) was treated from an ammonium acetate / ethanol / glycogen solution, results in a mass spectrum, which is characterized in particular at high mass by broad peaks. The masses for intense peaks at 5.4, 10.7 and 14.9 kDa are higher by 26 Da (0.5%), 61 Da (0.6%) and 45 Da (0.3%) respectively expected values; the resolution (the ratio of peak width at half of its total intensity to the measured mass of the peak) is -50 and decreases with increasing mass. These observations are consistent with a high degree of adduction of nonvolatile cations; for the 10.8 kDa fragment, the observed mass shift corresponds to a ratio of adducted to non-adducted molecular ions that is greater than the unit ratio.

MS-Peaks einer Probe, die erneut gelöst und ein zweites Mal präzipitiert wurde sind viel schärfer (58b), wobei die Auflösungswerte fast doppelt so groß sind, wie diejenigen der entsprechenden Peaks aus 58a. Die Massengenauigkeitswerte sind ebenfalls beachtlich verbessert; jeder liegt innerhalb von 0,07% seines jeweils berechneten Wertes, nahe an den unabhängig bestimmten Gerätegrenzen für die DNA-Messung unter Verwendung von 3-HPA als Matrix. Einzel- (nicht gezeigt) und Doppel-Fällungen (58C) mit Isopropylalkohol (IPA) anstelle von Ethanol führen zu einer Auflösung und Massengenauigkeitswerten, die denen der entsprechenden Ethanolfällungen entsprechen, es werden jedoch hohe Dimerisierungsgrade beobachtet, was die Messungen wiederum potentiell stört, wenn diese Dimere mit den in der Lösung vorhandenen "diagnostischen" Monomeren höherer Masse überlappen. Die EtOH/Ammoniumacetat-Präzipitation mit Glykogen als Fällungshilfe führt zu einer nahezu quantitativen Gewinnung von Fragmenten mit Ausnahme der 7-mere, und dient als gleichzeitiger Aufkonzentrations- und Entsalzungsschritt vor dem MS-Nachweis. Die Präzipitation aus den gleichen EtOH/Ammoniumacetat-Lösungen ohne Glykogen führt zu einer weit schlechteren Ausbeute, besonders bei niedriger Masse.MS peaks of a sample that has been redissolved and precipitated a second time are much sharper ( 58b ), where the resolution values are almost twice those of the corresponding peaks 58a , The mass accuracy values are also considerably improved; each is within 0.07% of its calculated value, close to the independently determined device limits for DNA measurement using 3-HPA as a matrix. Single (not shown) and double precipitations ( 58C with isopropyl alcohol (IPA) instead of ethanol results in a resolution and mass accuracy values corresponding to those of the corresponding ethanol precipitates, however, high levels of dimerization are observed, which in turn potentially interferes with the measurements when these dimers react with the "diagnostic" monomers present in the solution overlap higher mass. EtOH / ammonium acetate precipitation with glycogen as a precipitation aid results in nearly quantitative recovery of fragments except the 7-mers, and serves as a simultaneous concentration and desalting step prior to MS detection. Precipitation from the same EtOH / ammonium acetate solutions without glycogen results in a much lower yield, especially at low mass.

Die Ergebnisse zeigen, dass zur Gewinnung genauer (Mr(exp.)-Werte nach IPA und EtOH-Präzipitationen eine zweite Präzipitation erforderlich ist, um eine hohe Massengenauigkeit und -Auflösung zu erhalten.The results show that to obtain accurate (M r (exp.) Values after IPA and EtOH precipitations, a second precipitation is required to obtain high mass accuracy and resolution.

Das Verhältnis von Matrix:Verdauprodukt beeinflusst auch die Qualität der Spektren; eine starke Unterdrückung von Fragmenten höherer Masse (nicht gezeigt), die bei einem Volumenverhältnis 1:1 von Matrix:Verdauprodukt (erneut aufgelöst in 1 μl) beobachtet wird, wird durch Verwendung eines 3–5 fachen Volumenüberschusses an Matrix abgeschwächt.The relationship of Matrix: Digestion product also affects the quality of the spectra; a strong suppression of fragments of higher Mass (not shown) obtained at a 1: 1 volume ratio of Matrix: digestion product (redissolved in 1 μl) is observed by using a 3-5-fold volume excess attenuated at matrix.

Apa-E-Genotyp-Bestimmung durch enzymatischen Verdau. Die Codon-112- und -158-Polymorphismen liegen innerhalb der Cfol- (nicht aber der Rsal-) Erkennungssequenzen. Im hier untersuchten amplifizierten 252-bp-Produkt erzeugen invariante Stellen (d. h. Solche, die in sämtlichen Genotypen gespalten werden) Schnitte nach den Basen 31, 47, 138, 156, 239 und 246. Die Spaltstelle hinter Base 66 ist nur bei ε4 vorhanden, wohingegen diejenige hinter Base 204 in ε3 und ε4 vorhanden ist; der ε2- Genotyp wird an keiner dieser Stellen gespalten. Diese Unterschiede im Restriktionsmuster lassen sich als Variationen in den Massenspektren zeigen. 59 zeigt Massenspektren mehrerer ApoE-Genotypen, die aus einem Pool von 100 Patienten erhältlich sind (Braun, A. et al. (1992), Hum. Genet. 89:401–406). Senkrechte, gestrichelte Linien sind durch diejenigen Massen gezogen, die den gemäß Tabelle V erwarteten diagnostischen Fragmenten entsprechen; andere markierte Fragmente sind invariant. Man beachte in Bezug auf Tabelle V, dass ein Fragment nur dann als "invariant" angesehen wird, wenn es für ein bestimmtes Allel in doppelten Kopien vorkommt; um dieses Erfordernis zu erfüllen muss ein solches Fragment in jedem der ε2, ε3 und ε4-Allele erzeugt werden.Apa E genotype determination by enzymatic digestion. The codon 112 and 158 polymorphisms are within the Cfol (but not the Rsal) recognition sequences. In the amplified 252 bp product examined here, invariant sites (ie those that are cleaved in all genotypes) produce sections after bases 31, 47, 138, 156, 239 and 246. The cleavage site behind base 66 is present only at ε4, whereas the one behind Base 204 is present in ε3 and ε4; the ε2 genotype is not cleaved at any of these sites. These differences in the restriction pattern can be shown as variations in the mass spectra. 59 shows mass spectra of several ApoE genotypes, obtained from a pool of 100 patients Genet. 89: 401-406). (Brown, A. et al., (1992) Hum. Genet. Vertical, dashed lines are drawn through those masses corresponding to the diagnostic fragments expected in Table V; other labeled fragments are invariant. Note, with respect to Table V, that a fragment is considered "invariant" only if it occurs for a particular allele in duplicate copies; To meet this requirement, such a fragment must be generated in each of the ε2, ε3 and ε4 alleles.

Das Spektrum in 59a enthält sämtliche erwarteten invarianten Fragmente über 3 kDa, sowie diagnostische Peaks bei 3428 und 4021 (beide schwach), 11276 und 11627 (beide intensiv), 14845, 18271 und 18865 Da. Das Spektrum in 59b ist nahezu identisch, außer dass das Peak-Paar bei 18 kDa nicht nachgewiesen wird, und dass die relativen Peak-Intensitäten, am deutlichsten bei den 11–18 kDa-Fragmenten, unterschiedlich sind. Das Spektrum in 59c weist auch keine 18 kDa-Fragmente auf, stattdessen jedoch neue Peaks geringer Intensität zwischen 5–6 kDa. Die Intensitätsverhältnisse für Fragmente über 9 kDa ähneln denen der 59b, abgesehen von einem relativ niedrigeren 11 kDa-Fragment-Paar: 59d, die wiederum die Anhäufung von 5–6 kDa-Peaks aufweist, ist das einzige Spektrum ohne 11 kDa-Fragmente, und hat wie die beiden zuvor genannten kein 18 kDa-Fragment.The spectrum in 59a contains all expected invariant fragments above 3 kDa, as well as diagnostic peaks at 3428 and 4021 (both weak), 11276 and 11627 (both intense), 14845, 18271 and 18865 Da. The spectrum in 59b is nearly identical, except that the peak pair is not detected at 18 kDa and that the relative peak intensities, most notably the 11-18 kDa fragments, are different. The spectrum in 59c also has no 18 kDa fragments, but instead new low intensity peaks between 5-6 kDa. The intensity ratios for fragments over 9 kDa are similar to those of the 59b except for a relatively lower 11 kDa fragment pair: 59d which in turn has the accumulation of 5-6 kDa peaks is the only spectrum without 11 kDa fragments and, like the previous two, has no 18 kDa fragment.

Trotz der unzähligen Peaks in jedem Spektrum kann jeder Genotyp durch das Vorliegen oder Fehlen von nur wenigen diagnostischen Peaks der Tabelle Vb identifiziert werden. Aufgrund der begrenzten Auflösung der verwendeten MALDI-TOF Geräte sind die am schwierigsten zu differenzierenden Genotypen diejenigen, die auf dem Vorhandensein oder Fehlen der vier diagnostischen Fragmente zwischen 5,2 und 6,0 kDa beruhen, welche für das ε4-Allel charakterisisch sind, da diese Fragmente mit einigen invarianten Peaks fast überlappen. Es ist hier gefunden worden, dass das diagnostische 5283-Da-Fragment mit einem Depurinierungs-Peak des invarianten 5412-Da-Fragmentes überlappt, und dass der diagnostische 5781 Da-Peak üblicherweise vom invarianten 5750 Da-Fragment nicht vollständig getrennt werden kann. Die Unterscheidung zwischen einem ε2/ε4- und einem ε2/ε3- oder zwischen einem ε3/ε4- und einem ε3/ε3-Alle) beruht somit auf dem Vorliegen oder Fehlen der 5880 und 5999 Da-Fragmente. Diese sind jeweils in den 59c und 59d, aber nicht in 59a oder 59b, vorhanden.Despite the myriad peaks in each spectrum, each genotype can be identified by the presence or absence of only a few diagnostic peaks of Table Vb. Because of the limited resolution of the MALDI-TOF devices used, the most difficult to differentiate genotypes are those based on the presence or absence of the four diagnostic fragments between 5.2 and 6.0 kDa that are characteristic of the ε4 allele these fragments almost overlap with some invariant peaks. It has been found here that the 5283 Da diagnostic fragment overlaps a depurination peak of the invariant 5412 Da fragment, and that the 5781 Da diagnostic peak can not usually be completely separated from the invariant 5750 Da fragment. The distinction between ε2 / ε4 and ε2 / ε3 or between ε3 / ε4 and ε3 / ε3 all) is thus based on the presence or absence of the 5880 and 5999 Da fragments. These are each in the 59c and 59d but not in 59a or 59b , available.

Der Genotyp jedes Patienten in 59 lässt sich schneller anhand des Flußdiagramms in 60 bestimmen. Dem Spektrum der 59a zufolge schließt das intensive Peak-Paar bei 11 kDa die Möglichkeit eines homozygoten ε4 aus, unterscheidet jedoch nicht zwischen den anderen fünf Genotypen. Ähnlich stimmt das Vorliegen der nicht-aufgelösten 14,8 kDa-Fragmente nicht mit einem homozygoten ε2 überein, lässt jedoch vier Möglichkeiten übrig (ε2/ε3, ε2/ε4, ε3/ε3, ε3/ε4). Von diesen entsprechen nur ε2/ε3 und ε2/ε4 den 18 kDa-Peaks; das Fehlen der Peaks bei 5283, 5879, 5779 und 5998 Da zeigt, dass die Probe in 59a ε2/ε3 ist. Mit dem gleichen Verfahren lassen sich die Genotypen der 59b–d als ε3/ε3, ε3/ε4 bzw. ε4/ε4 identifizieren. Bisher stimmten sämtliche nach diesem Verfahren erfolgten Allel-Identifizierungen mit denjenigen aus herkömmlichen Verfahren überein und ließen sich in vielen Fällen leichter interpretieren. Die Zuordnung kann weiter abgesichert werden, indem sichergestellt wird, dass die Verhältnisse der Fragmentintensitäten mit den Kopienzahlen aus Tabelle V übereinstimmen. Die 14,8 kDa-Fragmente haben beispielsweise eine geringere Intensität als diejenigen bei 16–17 kDa in 59a, jedoch zeigen die 59b–d das Gegenteil. Dies entspricht der Erwartung, da die 14,8 kDa-Fragmente bei den letzteren drei Genotypen doppelt vorliegen, jedoch ist ersteres eine ε2-haltige Hetereozygote, sodass die Hälfte der amplifizierten Produkte nicht zum 14,8 kDa-Signal beiträgt. Der Vergleich der Intensität des 11 kDa-Fragmentes mit derjenigen bei 9,6 und 14,8 kDa zeigt, dass dieses Fragment in den 59a und d in zwei, zwei, einer bzw. keiner Kopie vorliegt. Diese Daten bestätigen, dass MALDI unter diesen Bedingungen auf semi-quantitativem Wege erfolgen kann.The genotype of each patient in 59 can be faster based on the flowchart in 60 determine. The spectrum of 59a according to the intense peak pair at 11 kDa excludes the possibility of a homozygous ε4, but does not distinguish between the other five genotypes. Similarly, the presence of the unresolved 14.8 kDa fragments does not match a homozygous ε2, but leaves four possibilities (ε2 / ε3, ε2 / ε4, ε3 / ε3, ε3 / ε4). Of these, only ε2 / ε3 and ε2 / ε4 correspond to the 18 kDa peaks; the lack of peaks at 5283, 5879, 5779 and 5998 shows that the sample is in 59a ε2 / ε3. With the same procedure, the genotypes of the 59b Identify -d as ε3 / ε3, ε3 / ε4 or ε4 / ε4. So far all allelic identifications made by this method were consistent with those of conventional methods and in many cases were easier to interpret. The association can be further secured by ensuring that the ratios of the fragment intensities match the copy numbers in Table V. The 14.8 kDa fragments, for example, have a lower intensity than those at 16-17 kDa in 59a However, the show 59b -D the opposite. This is expected because the 14.8 kDa fragments are duplicated in the latter three genotypes, but the former is an ε2-containing heterozygote, so that half of the amplified products do not contribute to the 14.8 kDa signal. The comparison of the intensity of the 11 kDa fragment with that at 9.6 and 14.8 kDa shows that this fragment in the 59a and d is in two, two, one or no copy. These data confirm that MALDI can be done semi-quantitatively under these conditions.

ApoE-Genozyp-Bestimmung durch Primer-Oligo-Basen-Extension (PROBE).ApoE genotype determination by primer oligo base extension (SAMPLE).

Die PROBE-Reaktion wurde auch als Mittel zum gleichzeitigen Nachweis des Codon-112- und -158-Polymorphismus untersucht. Ein Nachweisprimer wird an eine einzelsträngige PCR-amplifizierte Matrize hybridisiert, sodass sich sein 3'-Terminus direkt hinter der variablen Stelle befindet. Die Verlängerung dieses Primers durch eine DNA-Polymerase in Gegenwart von drei dNTPs und einem ddXTP (welches nicht als dNTP vorliegt) führt zu Produkten, deren Länge und Masse von der Identität der polymorphen Base abhängen. Im Gegensatz zur Standard-Sanger-Sequenzierung, bei der ein bestimmtes basenspezifisches Röhrchen –99% dXTP und –1% ddXTP, enthält, enthält das PROBE-Gemisch 100% eines bestimmten ddXTP, kombiniert mit den anderen drei dNTPs. Mit PROBE wird somit ein vollständiger Abbruch sämtlicher Nachweisprimer erzielt, nachdem die erste Base erreicht worden ist, die zum ddXTP komplementär ist.The PROBE reaction was also used as a means of simultaneous detection of the codon 112 and 158 polymorphisms. A detection primer becomes a single-stranded one PCR-amplified template hybridizes so that its 3'-terminus is direct located behind the variable position. The extension of this primer by a DNA polymerase in the presence of three dNTPs and one ddXTP (which is not available as dNTP) leads to products whose length and Mass of the identity depend on the polymorphic base. Unlike standard Sanger sequencing, for a given base-specific tube -99% dXTP and -1% ddXTP, contains contains the PROBE mixture is 100% of a specific ddXTP combined with the other three dNTPs. With PROBE this will be a complete demolition all Detection primer achieved after the first base has been reached, which complements the ddXTP is.

Beim ε2/ε3-Genotyp verursacht die PROBE-Reaktion (Gemisch von ddTTP, dATP, dCTP und dGTP) eine Mr(exp.)-Verschiebung des Codon-112-Primers zu 5919 Da und des Codon-158-Primers zu 6769 und 7967 Da (Tabelle VI); ein Paar von Extensionsprodukten resultiert aus dem einzigen Codon-158-Primer, da der ε2/ε3-Genotyp an dieser Stelle heterozygot ist. Drei Extensionsprodukte (eines von Codon 158, zwei von 112) werden auch beim heterozygoten ε3/ε4 beobachtet (61c und Tabelle VI), wohingegen nur zwei Produkte (eines von jedem Primer) bei den homozygoten Allelen der 61b (ε3/ε3) und 59d (ε4/ε4) beobachtet werden. Tabelle VI zufolge führen sämtliche verfügbaren Allele zu allen erwarteten ddT-Reaktionsproduktmassen innerhalb von 0,1% der theoretischen Masse, und sind somit jeweils zweifelsfrei allein durch diese Daten charakterisiert. Eine weitere Konfiguration der Allel-Identitäten lässt sich durch Wiederholen der Umsetzung mit ddCTP (plus dATP, dTTP, dGTP) erhalten; diese Ergebnisse, die ebenfalls in Tabelle VI zusammengefasst sind, bestätigen zweifelsfrei die ddT-Ergebnisse.In the ε2 / ε3 genotype, the PROBE reaction (mixture of ddTTP, dATP, dCTP and dGTP) causes a M r (exp.) Shift of the codon 112 primer to 5919 Da and the codon 158 primer to 6769 and 7967 Da (Table VI); a pair of extension products result from the single codon 158 primer, since the ε2 / ε3 genotype is heterozygous at this point. Three extension products (one from codon 158, two from 112) are also observed in heterozygous ε3 / ε4 ( 61c and Table VI), whereas only two products (one from each primer) in the homozygous alleles of the 61b (ε3 / ε3) and 59d (ε4 / ε4) are observed. According to Table VI, all available alleles give rise to all expected ddT reaction product masses within 0.1% of the theoretical mass, and are therefore unequivocally characterized by these data alone. Further configuration of the allele identities can be obtained by repeating the reaction with ddCTP (plus dATP, dTTP, dGTP); these results, which are also summarized in Table VI, unequivocally confirm the ddT results.

Eignung der Verfahren. Der Vergleich der 59 (Restriktionsverdau) und 61 (PROBE) zeigt, dass das PROBE-Verfahren viel leichter interpretierbare Spektren für die Multiplex-Analyse der Codon-112- und -158-Polymorphismen bereitstellen, als die Restriktionsverdau-Analyse. Während bei den Verdaus bis zu –25 Peaks pro Massenspektrum, und in einigen Fällen diagnostische Fragmente erzeugt werden, die mit invarianten Fragmenten überlappen, erzeugt die PROBE-Reaktion nur höchstens zwei Peaks pro Nachweis-Primer (d. h. Polymorphismus). Ein automatischer Peaknachweis, Spektralanalyse und Allel-Identifizierung wäre für die letztere Methode eindeutig zielgerichteter. Spektren für eine stark multiplexe PROBE, in der mehrere polymorphe Stellen von den gleichen oder unterschiedlichen amplifizierten Produkten aus einem Röhrchen bestimmt werden, sind ebenfalls potentiell einfach zu analysieren. Unterstreicht man ihre Flexibilität, so lässt sich die PROBE-Daten-Analyse durch überlegte Vorauswahl der Primerlängen vereinfachen, die so konzipiert sein können, dass keine Primer oder Produkte in ihrer Masse überlappen können.Suitability of the procedures. The comparison of 59 (Restriction digest) and 61 (PROBE) shows that the PROBE method provides much easier interpretable spectra for the multiplex analysis of the codon 112 and 158 polymorphisms than the restriction digest analysis. While digests produce up to -25 peaks per mass spectrum, and in some cases diagnostic fragments that overlap with invariant fragments, the PROBE reaction produces only at most two peaks per detection primer (ie, polymorphism). Automatic peak detection, spectral analysis, and allele identification would be clearly more targeted for the latter method. Spectra for a highly multiplexed PROBE in which multiple polymorphic sites are determined from the same or different amplified products from a tube are also potentially easy to analyze. Underlining its flexibility, the PROBE data analysis can be simplified by deliberate pre-selection of primer lengths, which can be designed so that no primer or product can overlap in mass.

PROBE ist zwar das Verfahren der Wahl für klinische Untersuchungen von bereits gut charakterisierten Polymorphismus-Stellen in großem Maßstab, die Restriktionsverdau-Analyse, wie hier beschrieben, ist aber zur Durchmusterung auf neue Mutationen ideal geeignet. Die Identität beider in dieser Untersuchung diskutierten Polymorphismen beeinflusst das Fragment-Muster; wenn dies die einzige verwendete Information ist, so ist der MS-Nachweis eine schnellere Alternative im Vergleich zu der herkömmlichen elektrophoretischen Auftrennung der Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus-Produkte. Die genaue Messung der Mr-Werte der Fragmente kann zudem Informationen über Stellen liefern, die von der Enzymerkennungsstelle weit entfernt sind, da andere einzelne Punktmutationen notwendigerweise die Masse jedes Einzelstrangs des doppelsträngigen Fragmentes, das die Mutation enthält, verändern. Das amplifizierte 252-bp-Produkt könnte auch allelische Varianten enthalten, die beispielsweise die zuvor beschriebenen Substitutionen Gly127-Asp (Weisgraber, K. H. et al. (1984), J. Clin. Invest. 73:1024–1033), Arg136-Ser (Wardell, M. R. et al. (1987), J. Clin. Invest. 80:483–490), Arg142-Cys (Horie, Y. et al. (1992), J. Biol. Chem. 267:1962–1968), Arg145-Cys (Rall, SC. Jr et al. (1982), Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79:4696–4700), Lys146-Glu (Mann, W. A. et al. (1995), J. Clin. Invest. 96:1100–1107) oder Lys146-Gln (Smit, M. et al. (1990), J. Lipid Res. 31:45–53) ergeben. Die G→A Basensubstitution, die die Aminosäuresubstitution Gly127-Asp codiert, würde eine –16 Da-Verschiebung im Sense-Strang, und eine +15 Da-Verschiebung (C→T) im Antisense-Strang, jedoch keine Änderung des Restriktionsmusters hervorrufen. Eine so geringe Änderung wäre bei der Elektrophorese praktisch unsichtbar; die Substitution könnte aber mit genauer Massenbestimmung festgestellt werden; das invariante 55-mer-Fragment bei 16240 (Sense) und 17175 Da würde zu 16224 bzw. 17190 Da verschoben. Eine Erzielung der Massengenauigkeit, die bei Verwendung der üblichen MALDI-TOF-Geräte zur Ermittlung so geringer Massenabweichungen selbst bei interner Kalibrierung erforderlich ist, erfolgt nicht routinemäßig, da kleinere nicht-aufgelöste Addukte und/oder kaum definierte Peaks die Fähigkeit zur genauen Massenbestimmung einschränken. Mittels Hochleistungs-Elektronenspray-Ionisations-Fourier-Transformation (ESI-FTMS) ist bei synthetischen Oligonukleotiden eine Einzel-Da-Genauigkeit (Little, D. P., et al. (1995), Proc. Natl. Acad, Sci. USA 92:2318–2322) bis zu 100-meren erzielt worden (Little, D. P., et al (1994). J. Am. Chem. Soc. 116:4893–4897), und ähnliche Ergebnisse sind vor kurzem mit bis zu 25-meren unter Verwendung von MALDI-FTMS erzielt worden (Li, Y. et al. (1996) Anal. Chem. 68:2090–2096).Although PROBE is the method of choice for large-scale clinical studies of well-characterized polymorphism sites, restriction digest analysis as described herein is ideally suited for screening for novel mutations. The identity of both polymorphisms discussed in this study affects the fragment pattern; if this is the only information used, MS detection is a faster alternative compared to the conventional electrophoretic separation of restriction fragment length polymorphism products. Accurately measuring the M r values of the fragments can also provide information about sites that are far removed from the enzyme recognition site, as other single point mutations necessarily alter the mass of each single strand of the double stranded fragment containing the mutation. The amplified 252 bp product could also contain allelic variants which include, for example, the previously described substitutions Gly127-Asp (Weisgraber, KH et al. (1984), J. Clin. Invest. 73: 1024-1033), Arg136 Ser (FIG. Wardell, MR et al., (1987) J. Clin Invest 80: 483-490), Arg142-Cys (Horie, Y. et al., (1992) J. Biol. Chem. 267: 1962-1968). Arg145-Cys (Rall, SC Jr et al., (1982), Proc Natl. Acad Sci., USA 79: 4696-4700), Lys146-Glu (Mann, WA et al., (1995) J. Clin Invest. 96: 1100-1107) or Lys146-Gln (Smit, M. et al., (1990) J. Lipid Res. 31: 45-53). The G → A base substitution encoding the amino acid substitution Gly127-Asp would cause a -16 Da shift in the sense strand, and a +15 Da shift (C → T) in the antisense strand, but no change in the restriction pattern. Such a small change would be virtually invisible in electrophoresis; the substitution could be determined with exact mass determination; the invariant 55-mer fragment at 16240 (Sense) and 17175 Da would be shifted to 16224 and 17190 Da, respectively. Achieving the mass accuracy that is required with the use of conventional MALDI-TOF devices to detect such small mass deviations, even with internal calibration, is not routinely done because smaller unresolved adducts and / or poorly defined peaks limit the ability to accurately quantitate. By means of high performance electron spray ionization Fourier transform (ESI-FTMS) single-Da accuracy is found in synthetic oligonucleotides (Little, DP, et al., (1995), Proc. Natl. Acad, Sci., USA 92: 2318- 2322) up to 100-mer (Little, DP, et al., (1994) J. Am. Chem. Soc. 116: 4893-4897), and similar results are recent with up to 25-mers using MALDI-FTMS has been achieved (Li, Y. et al., (1996) Anal. Chem. 68: 2090-2096).

BEISPIEL 13EXAMPLE 13

Verfahren zum massenspektrometrischen Nachweis von DNA-Fragmenten, assoziiert mit Telomerase-AktivitätMethod for mass spectrometry Detection of DNA fragments associated with telomerase activity

EINFÜHRUNGINTRODUCTION

Ein Viertel aller Todesfälle in den Vereinigten Staaten beruht auf malignen Tumoren (R. K. Jain, (1996) Science 271:1079–1080). Für diagnostische und therapeutische Zwecke besteht ein starkes Interesse an zuverlässigen und empfindlichen Verfahren zur Tumorzellbestimmung.One Quarter of all deaths in the United States is based on malignant tumors (R.K. Jain, (1996) Science 271: 1079-1080). For diagnostic and therapeutic purposes, there is a strong interest in reliable and sensitive procedures for tumor cell determination.

Maligne Zellen lassen sich über verschiedene Eigenschaften von normalen Zellen unterscheiden. Eine davon ist die Immortalisierung maligner Zellen, die eine unkontrollierte Zellproliferation ermöglicht. Normale diploide Säugerzellen durchlaufen eine begrenzte Anzahl von Populationsverdopplungen in Kultur, bevor sie altern. Man nimmt an, dass die Anzahl von Populationsverdopplungen bei jeder Zellteilung im Zusammenhang mit einer Verkürzung der Chromosomenenden, den so genannten Telomeren, steht. Der Grund für diese Verkürzung beruht auf den Eigenschaften der herkömmlichen semi-konservativen Replikationsmaschinerie. DNA-Polymerasen arbeiten nur in 5'-zu-3'-Richtung, und benötigen einen RNA-Primer.Malignant Cells can be over differentiate different properties of normal cells. One of those is the immortalization of malignant cells, which is an uncontrolled Cell proliferation allows. Normal diploid mammalian cells go through a limited number of population doublings in Culture before they age. It is assumed that the number of population doubles at every cell division in connection with a shortening of the Chromosome ends, the so-called telomeres. The reason for this shortening based on the characteristics of conventional semi-conservative Replication machinery. DNA polymerases work only in the 5'-to-3 'direction, and require one RNA primers.

Man nimmt an, dass die Immortalisierung mit der Expression aktiver Telomerase einhergeht. Die Telomerase ist ein Ribonukleoprotein, das die repetitive Verlängerung von Matrizen katalysiert. Diese Aktivität kann in einem nativen Proteinextrakt Telomerase-haltiger Zellen mit einem speziellen PCR-System (N. W. Kim et al. (1994), Science 266:2011–2015), das als Telomer-Repeat-Amplifikations-Protokoll (TRAP) bekannt ist, nachgewiesen werden. Der Test, wie hier verwendet, beruht auf der Telomerase-spezifischen Verlängerung eines Substratprimers (TS) und einer nachfolgenden Amplifikation der Telomerase-spezifischen Extensionsprodukte mit einem PCR-Schritt, bei dem ein zweiter Primer eingesetzt wird, der zu der Repeat-Struktur komplementär ist (bioCX). Die charakteristischen Leiterfragmente dieser Tests werden für gewöhnlich durch Verwendung von Gelelektrophorese- und Markierungs- oder Anfärbesystemen nachgewiesen. Diese Verfahren können durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie ersetzt werden, was zu einem schnelleren, genauen und automatischen Nachweis führt.you assumes that immortalization with the expression of active telomerase accompanied. Telomerase is a ribonucleoprotein that is repetitive renewal catalyzed by matrices. This activity can be in a native protein extract Telomerase-containing cells with a special PCR system (N.W. Kim et al. (1994), Science 266: 2011-2015) Using the Telomere Repeat Amplification Protocol (TRAP) is known to be detected. The test, as used here, relies on the telomerase-specific extension of a substrate primer (TS) and subsequent amplification of the telomerase-specific Extension products with a PCR step in which a second primer which is complementary to the repeat structure (bioCX). The characteristic ladder fragments of these tests are usually through Use of gel electrophoresis and labeling or staining systems demonstrated. These methods can be replaced by MALDI-TOF mass spectrometry, resulting in a faster, accurate and automatic detection leads.

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Präparation von Zellenpreparation of cells

1 × 106 gezüchtete Telomerase-positive Zellen wurden sedimentiert, einmal mit PBS (137 mM NaCl, 2,7 mM KCl, 4,3 mM Na2HPO4·7 H2O, 1,4 mM KH2PO4 in sterilem DEPC-Wasser) gewaschen. Die präparierten-Zellen können bei –75°C aufbewahrt werden. Gewebeproben müssen vor der Extraktion nach im Fachgebiet bekannten Verfahren homogenisiert werden.1 × 10 6 cultured telomerase-positive cells were sedimented, once with PBS (137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 4.3 mM Na 2 HPO 4 .7H 2 O, 1.4 mM KH 2 PO 4 in sterile DEPC water). The prepared cells can be stored at -75 ° C. Tissue samples must be homogenized prior to extraction according to procedures known in the art.

Telomerase-ExtraktionTelomerase extraction

Das Sediment wurde in 200 μl CHAPS-Lysepuffer (10 mM Tris-HCl, pH 7,5, 1 mM MgCl2, 1 mM EGTA, 0,1 mM Benzamidin, 5 mM β-Mercaptoethanol, 0,5% CHAPS, 10% Glycerin) resuspendiert und 30 min auf Eis inkubiert. Die Probe wurde 30 min bei 4°C und 12.000 × g zentrifugiert. Der Überstand wurde in ein frisches Röhrchen überführt und bis zum Gebrauch bei –75°C aufbewahrt.The sediment was dissolved in 200 μl of CHAPS lysis buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1 mM MgCl 2 , 1 mM EGTA, 0.1 mM benzamidine, 5 mM β-mercaptoethanol, 0.5% CHAPS, 10% Glycerin) and incubated on ice for 30 min. The sample was centrifuged for 30 minutes at 4 ° C and 12,000 x g. The supernatant was transferred to a fresh tube and stored at -75 ° C until use.

TRAP-TestTRAP assay

2 μl Telomerase-Extrakt wurden zu einem Gemisch aus 10×-TRAP-Puffer (200 mM Tris-HCl, pH 8,3, 15 mM MgCl2, 630 mM KCl, 0,05% Tween 20, 10 mM EGTA), 50× dNTP-Gemisch (jeweils 2,5 mM dATP, dTTP, dGTP und dCTP), 10 pMol TS-Primer und 50 pMol bio CX-Primer in einem Endvolumen von 50 μl zugegeben. Das Gemisch wurde 10 min bei 30°C und 5 min bei 94°C inkubiert, 2 Einheiten Taq-Polymerase wurden zugegeben, und eine PCR wurde mit 30 Zyklen 94°C für 30 sek, 50°C für 30 sek und 72°C für 45 sek durchgeführt.2 μl telomerase extract was added to a mixture of 10X-TRAP buffer (200 mM Tris-HCl, pH 8.3, 15 mM MgCl 2 , 630 mM KCl, 0.05% Tween 20, 10 mM EGTA), 50 × dNTP mixture (each 2.5 mM dATP, dTTP, dGTP and dCTP), 10 pmol TS primer and 50 pmol of bio CX primer added in a final volume of 50 μl. The mixture was incubated at 30 ° C for 10 minutes and 94 ° C for 5 minutes, 2 units of Taq polymerase were added, and PCR was performed with 30 cycles of 94 ° C for 30 seconds, 50 ° C for 30 seconds, and 72 ° C carried out for 45 sec.

Reinigung der TRAP-Test-ProdukteCleaning the TRAP test products

Für jeden zu reinigenden TRAP-Test wurden 50 μl Streptavidin M-280-Dynabeads (10 mg/ml) zweimal mit 1 × BW-Puffer (5 mM Tris-HCl, pH 7,5, 0,5 mM EDTA, 1 M NaCl) gewaschen. Zum PCR-Gemisch wurden 50 μl 2 × BW-Puffer zugegeben, und die Perlen wurden in diesem Gemisch resuspendiert. Die Perlen wurden unter vorsichtigem Schütteln für 15 min bei Umgebungstemperatur inkubiert. Der Überstand wurde entfernt, und die Perlen wurden zweimal mit 1 × BW-Puffer gewaschen. Die Perlen wurden mit 50 μl 25%-igem Ammoniumhydroxid versetzt und 10 min bei 60°C inkubiert. Der Überstand wurde aufbewahrt, das Verfahren wiederholt, beide Überstände wurden vereinigt und mit 300 μl Ethanol (100%) versetzt. Nach 30 min wurde die DNA bei 13.000 U/min für 12 min sedimentiert, das Sediment wurde an Luft getrocknet und in 600 nl ultrareinem Wasser resuspendiert.For each 50 μl streptavidin M-280 Dynabeads were to be purified for TRAP assay (10 mg / ml) twice with 1 x BW buffer (5mM Tris-HCl, pH 7.5, 0.5mM EDTA, 1M NaCl). To the PCR mixture were 50 μl 2 × BW buffer added and the beads were resuspended in this mixture. The beads were shaken gently for 15 minutes at ambient temperature incubated. The supernatant was removed, and the beads were washed twice with 1 x BW buffer washed. The beads were washed with 50 μl of 25% ammonium hydroxide and 10 min at 60 ° C. incubated. The supernatant was stored, the procedure repeated, both supernatants were combined and with 300 μl Ethanol (100%). After 30 min, the DNA was at 13,000 rpm for 12 min sedimented, the sediment was dried in air and in 600 nl ultrapure water resuspended.

MALDI-TOF-MS von TRAP-Test-ProduktenMALDI-TOF-MS of TRAP test products

300 nl Proben wurden mit 500 nl gesättigter Matrixlösung (3-HPA:Ammoniumcitrat = 10:1 Molverhältnis in 50%-igem wässrigem Acetonitril) gemischt, bei Umgebungstemperatur getrocknet und in das Massenspektrometer (Vision 2000, Finigan MAT) eingebracht. Sämtliche Spektren wurden im Reflektormodus unter Verwendung externer Kalibrierung aufgenommen.300 nl samples were mixed with 500 nl saturated matrix solution (3-HPA: ammonium citrate = 10: 1 molar ratio in 50% aqueous acetonitrile), dried at ambient temperature and poured into the mass spectrometer (Vision 2000, Finigan MAT). All spectra were recorded in reflector mode using external calibration.

Sequenzen und MassenSequences and masses

  • bioCX: d(bio-CCC TTA CCC TTA CCC TTA CCC TAA; SEQ ID Nr. 45), Masse: 7540 Da.bioCX: d (bio-CCC TTA CCC TTA CCC TTA CCC TAA; SEQ ID NO. 45), mass: 7540 Da.
  • TS: d(AAT CCG TGC AGC AGA GTT; SEQ ID Nr. 46), Masse: 5523 Da. Telomer-Repeat-Strukur: (TTAGGG), Masse einer Wiederholung: 1909,2TS: d (AAT CCG TGC AGC AGA GTT, SEQ ID NO: 46), mass: 5523 Da. Telomer Repeat Structure: (TTAGGG), mass of a repeat: 1909.2

Amplifikationsprodukte:amplification:

  • TS, verlängert durch drei Telomer-Wiederholungen (erstes Amplifikationsprodukt): 12452 Da (N3)TS, extended by three telomere repeats (first amplification product): 12452 Da (N3)
  • TS, verlängert durch vier Telomer-Wiederholungen: 14361 Da (N4)TS, extended by four telomere repeats: 14361 Da (N4)
  • TS, verlängert durch sieben Telomer-Wiederholungen: 20088 Da (N7)TS, extended through seven telomere repeats: 20088 Da (N7)

ERGEBNISSERESULTS

Die 62 zeigt einen Abschnitt eines TRAP-Test-MALDI-TOF Massenspektrums. Die Primer TS und bioCX sind bei 5497 und 7537 Da zugeordnet (berechnet 5523 und 7540 Da). Das mit einem Sternchen markierte Signal steht für das n-1 Primerprodukt der chemischen DNA-Synthese. Das erste Telomerase-spezifische TRAP-Test-Produkt ist bei 12775 Da zugeordnet. Dieses Produkt stellt ein 40-mer dar, das drei Telomer-Wiederholungen enthält. Aufgrund der Primersequenzen ist dies das erste erwartete Amplifikationsprodukt eines positiven TRAP-Tests. Das Produkt wird aufgrund der Extendase-Aktivität der Taq-DNA-Polymerase um ein zusätzliches Nukleotid verlängert (berechnetes nicht-verlängertes Produkt: 12452 Da, um A verlängertes Produkt: 12765 Da). Das Signal bei 6389 Da stellt das doppelt geladene Ion dieses Produktes dar (berechnet 6387 Da). 63 zeigt einen Abschnitt höherer Massen des gleichen Spektrums, wie in 62 gezeigt, daher ist das Signal bei 12775 Da identisch zu dem in 62. Das TRAP-Test-Produkt mit sieben Telomer-Wiederholungen, das ein ebenfalls um ein zusätzliches Nukleotid verlängertes 64-mer darstellt, wird bei 20.322 Da (berechnet: 20.395 Da) nachgewiesen. Die mit 1, 2, 3 und 4 bezeichneten Signale lassen sich nicht von der Grundlinie auflösen. Dieser Bereich besteht aus: 1. Signal von dimerem n-1-Primer, 2. zweites TRAP-Test-Amplifikationsprodukt, das 4 Telomer-Repeats enthält und somit ein 46-mer darstellt (berechnet: 14341 Da/14674 Da Extendase-verlängertes Produkt) und 3. dimeres Primer-Ion und außerdem all ihre entsprechenden Depurinierungssignale. Zwischen den Signalen des zweiten und fünften Verlängerungsproduktes wird eine Lücke beobachtet. Diese Signallücke entspricht den verringerten Bandenintensitäten, die in einigen Fällen für das dritte und vierte Verlängerungsprodukt in autoradiographischen Analysen von TRAP-Tests beobachtet werden (N. W. Kim et al. (1994), Science 266:2013).The 62 shows a portion of a TRAP test MALDI-TOF mass spectrum. The primers TS and bioCX are assigned at 5497 and 7537 Da (calculated 5523 and 7540 Da). The asterisked signal represents the n-1 primer product of chemical DNA synthesis. The first telomerase-specific TRAP test product is assigned at 12775 Da. This product represents a 40-mer that contains three telomere repeats. Because of the primer sequences, this is the first expected amplification product of a positive TRAP assay. The product is extended by an additional nucleotide due to the extendase activity of the Taq DNA polymerase (calculated non-extended product: 12452 Da to A extended product: 12765 Da). The signal at 6389 Da represents the doubly charged ion of this product (calculated 6387 Da). 63 shows a section of higher masses of the same spectrum as in 62 Therefore, the signal at 12775 Da is identical to that in 62 , The TRAP test product with seven telomere repeats, which is also a 64-mer extended by an additional nucleotide, is detected at 20,322 Da (calculated: 20,395 Da). The signals labeled 1, 2, 3 and 4 can not be resolved from the baseline. This region consists of: 1. signal from dimeric n-1 primer, 2. second TRAP test amplification product containing 4 telomere repeats, thus representing a 46-mer (calculated: 14341 Da / 14674 Da Extendase-extended product ) and third dimer primer ion and also all their corresponding depurination signals. A gap is observed between the signals of the second and fifth extension products. This signal gap corresponds to the reduced band intensities observed in some cases for the third and fourth extension products in autoradiographic analyzes of TRAP assays (NW Kim et al (1994), Science 266: 2013).

Die vorstehend genannten Probleme, die von dem dimeren Primer und verwandten Signalen hervorgerufen werden, können durch Einsatz eines Ultrafiltrationsschrittes bewältigt werden, bei dem eine Molekulargewichts-Ausschlussmembran für die Primer-Entfernung vor der MALDI-TOF-MS-Analyse verwendet wird. Dies ermöglicht eine eindeutige Zuordnung des zweiten AmplifikationsproduktsThe aforementioned problems arising from the dimeric primer and related Signals can be caused be overcome by using an ultrafiltration step, in which a molecular weight exclusion membrane for primer removal before the MALDI-TOF-MS analysis is used. This allows a unambiguous assignment of the second amplification product

BEISPIEL 14EXAMPLE 14

Verfahren zum Nachweis Neuroblastom-spezifischer, geschachtelt RT-amplifizierter Produkte mittels MALDI-TOF MassenspektrometrieMethod for detecting neuroblastoma-specific, nested RT-amplified Products using MALDI-TOF mass spectrometry

EINFÜHRUNGINTRODUCTION

Das Neuroblastom ist vorwiegend ein Tumor der frühen Kindheit, wobei 66% der Fälle Kinder betreffen, die jünger als 5 Jahre alt sind. Die häufigsten Symptome sind solche aufgrund von Tumormasse, Knochenschmerzen oder solche, die durch eine übermäßige Catecholamin-Sekretion hervorgerufen werden. In seltenen Fällen lässt sich ein Neuroblastom pränatal identifizieren (R. W. Jennings et al. (1993), J. Ped. Surgery 28:1168–1174). Etwa 70% aller Patienten mit Neuroblastom weisen bei der Diagnose eine Metastasen-Erkrankung auf. Die Prognose ist abhängig vom Alter bei Diagnosestellung, vom klinischen Zustand und anderen Parametern.The Neuroblastoma is predominantly a tumor of early childhood, with 66% of the Cases children affect the younger than 5 years old. The most common Symptoms are those due to tumor mass, bone pain or those caused by excessive catecholamine secretion be caused. In rare cases, a neuroblastoma can be identified prenatally (Jennings, R.W., et al., 1993, J. Ped. Surgery 28: 1168-1174). About 70% of all patients with neuroblastoma are diagnosed a metastatic disease. The prognosis depends on Age at diagnosis, clinical condition and other parameters.

Für Diagnosezwecke besteht ein großes Interesse an zuverlässigen und empfindlichen Verfahren zum Tumorzell-Nachweis z. B. bei der Überwachung autologer Knochenmarks-Transplantationen oder bei der Nachfolgetherapie.For diagnostic purposes There is a big one Interest in reliable and sensitive methods for tumor cell detection e.g. B. in the monitoring autologous bone marrow transplantation or follow-up therapy.

Da die Catecholamin-Synthese eine charakteristische Eigenschaft von Neuroblastom-Zellen ist und den Knochenmarkszellen diese Aktivität fehlt (H. Naito et al. (1991), Eur. J. Cancer 27:762–765), können Neuroblastom-Zellen oder Metastasen im Knochenmark identifiziert werden, indem menschliche Tyrosin-3-Hydroxylasen (E. C. 1.14,16.2, hTH) identifiziert werden, welche den ersten Schritt in der Biosynthese von Catecholaminen katalysieren.There the catecholamine synthesis is a characteristic property of Neuroblastoma cells and bone marrow cells lack this activity (H. Naito et al., 1991, Eur. J. Cancer 27: 762-765), neuroblastoma cells or Metastases in the bone marrow are identified by human Tyrosine 3-hydroxylase (E.C. 1.14,16.2, hTH), which are the first step catalyze the biosynthesis of catecholamines.

Die Expression von htH kann mit einer reversen Transkriptions-(RT)-Polymerasekettenreaktion (PCR) nachgewiesen werden, und das amplifizierte Produkt kann durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie analysiert werden.The Expression of htH can be achieved with a reverse transcription (RT) polymerase chain reaction (PCR) can be detected, and the amplified product can by MALDI-TOF mass spectrometry are analyzed.

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Zell- oder Gewebe-BehandlungCell or tissue treatment

Gezüchtete Zellen wurden sedimentiert (10 min 8000 U/min) und zweimal mit PBS (137 mM NaCl, 2,7 mM KCl, 4,3 mM Na2HPO4·7 H2O, 1,4 mM KH2PO4 in sterilem PEPC-Wasser) gewaschen. Das Sediment wurde in 1 ml Lyse-/Bindungspuffer (100 mM Tris-HCl, pH 8,0, 500 mM LiCl, 10 mM EDTA, 1% Li-Dodecylsulfat, 5 mM DTT) resuspendiert, bis die Lösung viskos wurde. Die Viskosität wurde durch einen DNA-Scherschritt mit einer 1 ml-Spritze erniedrigt. Das Lysat kann bei –75°C aufbewahrt werden oder sofort weiter verarbeitet werden. Feste Gewebe (z. B. Patientenproben) müssen vor der Lyse homogenisiert werden.Cultured cells were pelleted (10 min 8000 U / min) and twice with PBS (137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 4.3 mM Na 2 HPO 4 · 7 H 2 O, 1.4 mM KH 2 PO 4 in sterile PEPC water). The sediment was resuspended in 1 ml lysis / binding buffer (100 mM Tris-HCl, pH 8.0, 500 mM LiCl, 10 mM EDTA, 1% Li-dodecyl sulfate, 5 mM DTT) until the solution became viscous. The viscosity was lowered by a DNA shearing step with a 1 ml syringe. The lysate can be stored at -75 ° C or processed immediately. Solid tissues (eg patient samples) must be homogenized prior to lysis.

Herstellung magnetischer Oligo-dT(25)-PerlenPreparation of magnetic oligo-dT (25) beads

100 μl Perlen je 1 × 106 Zellen wurden aus dem Lagerungspuffer abgetrennt und zweimal mit 200 μl Lyse-/Bindungspuffer gewaschen.100 μl beads per 1 × 10 6 cells were separated from the storage buffer and washed twice with 200 μl lysis / binding buffer.

Isolierung von polyA+-RNAIsolation of polyA + RNA

Das Zell-Lysat wurde zu den präparierten Perlen zugegeben und 5 min bei Umgebungstemperatur inkubiert. Die Perlen wurden 2–5 min magnetisch abgetrennt und zweimal mit 0,5 ml LDS gewaschen (1.0 mM Tris-HCl, pH 8,0, 0,15 M LiCl, 1 mM EDTA, 0,1% LiDS).The Cell lysate was prepared Beads added and incubated for 5 min at ambient temperature. The Beads were 2-5 min magnetically separated and washed twice with 0.5 ml LDS (1.0 mM Tris-HCl, pH 8.0, 0.15 M LiCl, 1 mM EDTA, 0.1% LiDS).

Festphasen-Erststrang-cDNA-SyntheseSolid-phase first strand cDNA synthesis

Die polyA+-RNA-haltigen Perlen wurden in 20 μl Reverse-Transkriptions-Mischung (50 mM Tris-HCl, pH 8,3, 8 mM MgCl2, 30 mM KCl, 10 mM DTT, 1,7 mM dNTPs, 3 E AMV reverse Transkriptase) resuspendiert und 1 Stunde bei 45°C (mit einem Resuspensionsschritt alle 10 mm) inkubiert. Die Perlen wurden aus der Reverse-Transkriptions-Mischung abgetrennt, in 50 μl Elutionspuffer (2 mM EDTA pH 8,0) resuspendiert und zur Elution der RNA 1 min bei 95°C erhitzt. Die Perlen mit der Erststrang-cDNA können zur weiteren Verarbeitung in TB (0,089 M Tris-Base, 0,089 M Borsäure, 0,2 mM EDTA, pH 8,0), TE (10 mM Tris-HCl, 0,1 mM EDTA, pH 8,0) oder 70%-igem Ethanol aufbewahrt werden.The polyA + RNA-containing beads were resuspended in 20 μl of reverse transcription mix (50 mM Tris-HCl, pH 8.3, 8 mM MgCl 2 , 30 mM KCl, 10 mM DTT, 1.7 mM dNTPs, 3 E AMV reverse transcriptase) and incubated for 1 hour at 45 ° C (with a resuspension step every 10 mm). The beads were separated from the reverse transcription mixture, resuspended in 50 μl elution buffer (2 mM EDTA pH 8.0) and heated at 95 ° C for 1 min to elute the RNA. The beads with the first-strand cDNA can be prepared for further processing in TB (0.089 M Tris base, 0.089 M boric acid, 0.2 mM EDTA, pH 8.0), TE (10 mM Tris-HCl, 0.1 mM EDTA, pH 8.0) or 70% ethanol.

Geschachtelte PolymerasekettenreaktionNested polymerase chain reaction

Die Perlen mit der Erststrang-cDNA wurden zweimal mit 1 × PCR-Puffer (20 mM Tris-HCl, pH 8,75, 10 mM KCl, 10 mM (NH4)2SO4, 2 mM MgSO4, 0,1% Triton-X-100, 0,1 mg Rinderserumalbumin) gewaschen und in PCR-Mix (mit jeweils 100 pMol der Außenprimer, 2,5 E Pfu(Exo-)-DNA-Polymerase, jeweils 200 μM dNTPs und PCR-Puffer in einem Endvolumen von 50 μl) resuspendiert. Das Gemisch wurde 1 min bei 72°C inkubiert und für 30 Zyklen mittels PCR amplifiziert. Für die geschachtelte Reaktion: 1 μl der ersten PCR wurden als Matrize zu einem PCR-Mix d (wie oben, jedoch anstelle der Außenprimer mit weiter innen liegenden Primern) zugegeben und dem folgenden Temperaturprogramm unterworfen: 1 min 94°C, 1 min 65°C und 1 min 72°C für 20 Zyklen.The beads with the first-strand cDNA were washed twice with 1 × PCR buffer (20 mM Tris-HCl, pH 8.75, 10 mM KCl, 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 2 mM MgSO 4 , 0.1%. Triton-X-100, 0.1 mg bovine serum albumin) and in PCR mix (each with 100 pmol of the outer primer, 2.5 U Pfu (exo) DNA polymerase, 200 uM dNTPs and PCR buffer in one Final volume of 50 μl). The mixture was incubated for 1 min at 72 ° C and amplified for 30 cycles by PCR. For the nested reaction: 1 μl of the first PCR was added as template to a PCR mix d (as above, but instead of the outer primer with more internal primers) and subjected to the following temperature program: 94 ° C. for 1 min, 65 ° for 1 min C and 1 min 72 ° C for 20 cycles.

Reinigung der geschachtelt amplifizierten ProduktePurification of the nested amplified Products

Die Primer und die niedermolekularen Reaktionsnebenprodukte wurden mit einer 10.000-Da-Ausschluss-Ultrafiltrationseinheit entfernt. Die Ultrafiltration wurde 25 min bei 7500 × g durchgeführt. Für jede zu reinigende PCR wurden 50 μl Streptavidin M-280-Dynabeads (10 mg/ml) zweimal mit 1 × BW-Puffer (5 mM Tris-HCl, pH 7,5, 0,5 mM EDTA, 1 M NaCl) gewaschen, der zur Ultrafiltrationsmembran zugegeben und unter leichtem Schütteln 15 min bei Umgebungstemperatur inkubiert wurde. Der Überstand wurde entfernt, und die Perlen wurden zweimal mit 1 × BW-Puffer gewaschen. Die Perlen wurden mit 50 μl 25%-igem Ammoniumhydroxid versetzt und 10 min bei Umgebungstemperatur inkubiert. Der Überstand wurde aufbewahrt, das Verfahren wiederholt, beide Überstände wurden vereinigt und mit 300 μl Ethanol (100%) versetzt. Nach 30 min wurde die DNA 12 min bei 13.000 U/min sedimentiert, das Sediment wurde an der Luft getrocknet und in 600 nl ultrareinem Wasser resuspendiert.The primers and low molecular weight reaction by-products were removed with a 10,000 Da exclusion ultrafiltration unit. The ultrafiltration was carried out at 7500 × g for 25 minutes. For each PCR to be purified, 50 μl of streptavidin M-280 Dynabeads (10 mg / ml) were washed twice with 1 x BW buffer (5 mM Tris-HCl, pH 7.5, 0.5 mM EDTA, 1 M NaCl) which was added to the ultrafiltration membrane and incubated with gentle shaking for 15 minutes at ambient temperature. The supernatant was removed, and the Beads were washed twice with 1 x BW buffer. The beads were mixed with 50 μl of 25% ammonium hydroxide and incubated at ambient temperature for 10 minutes. The supernatant was saved, the procedure repeated, both supernatants were pooled and 300 μl ethanol (100%) added. After 30 minutes, the DNA was sedimented for 12 minutes at 13,000 rpm, the sediment was air dried and resuspended in 600 μl ultrapure water.

MALDI-TOF-MS der geschachtelt amplifizierten ProdukteMALDI-TOF-MS of the nested amplified Products

300 nl Probe wurden mit 500 nl gesättigter Matrixlösung (3-HPA:Ammoniumcitrat = 10:1 Molverhältnis in 50%igem wässrigem Acetonitril) gemischt, bei Umgebungstemperatur getrocknet und in das Massenspektrometer (Vision 2000, Finigan MAT) eingebracht. Sämtliche Spektren wurden im Reflektormodus unter Verwendung externer Kalibrierung aufgenommen. Äußere Primer

Figure 01260001
Geschachtelte Primer:
Figure 01260002
Masse des biotinylierten, einzelsträngigen Amplifikationsprodukts: 19253,6 Da
Masse des nicht-biotinylierten, einzelsträngigen Amplifikationsprodukts: 18758,2 Da300 nl of sample was mixed with 500 nl of saturated matrix solution (3-HPA: ammonium citrate = 10: 1 molar ratio in 50% aqueous acetonitrile), dried at ambient temperature and introduced into the mass spectrometer (Vision 2000, Finigan MAT). All spectra were recorded in reflector mode using external calibration. Outer primer
Figure 01260001
Nested primers:
Figure 01260002
Mass of biotinylated single-stranded amplification product: 19253.6 Da
Mass of non-biotinylated single-stranded amplification product: 18758.2 Da

ErgebnisseResults

Ein MALDI-TOF-Massenspektrum eines für menschliche Tyrosin-3-Hydroxylase (hTH) spezifischen, geschachtelt amplifizierten Produktes (61-mer) ist in 64 gezeigt. Das Signal bei 18763 Da entspricht einem nicht-biotinylierten Strang des amplifizierten Produktes (berechnet: 18758,2 Da, Massenfehler: 0,02 Da). Die Signale unter 10.000 und über 35.000 Da beruhen auf mehrfach geladenen bzw. dimerisch amplifizierten Produkt-Ionen.A MALDI-TOF mass spectrum of a human tyrosine 3-hydroxylase (hTH) -specific nested amplified product (61-mer) is described in U.S. Pat 64 shown. The signal at 18763 Da corresponds to a non-biotinylated strand of the amplified product (calculated: 18758.2 Da, mass error: 0.02 Da). The signals below 10,000 and above 35,000 Da are based on multiply charged or dimerically amplified product ions.

Das Produkt wurde aus einer Festphasen-cDNA gewonnen, die aus einer reversen Transkriptionsreaktion aus 1 × 106 Zellen einer Neuroblastom-Zelllinie (L-A-N-1) wie vorstehend beschrieben, stammte. Der cDNA-Erststrang wurde einer ersten PCR unter Verwendung von äußeren Primern (hTH1 und hTH2) unterworfen, ein Aliquot dieser PCR wurde als Matrize in einer zweiten PCR verwendet, wobei geschachtelte Primer (biohTH und hTH6) verwendet wurden. Das geschachtelt amplifizierte Produkt wurde gereinigt und mittels MALDI-TOF-MS analysiert:
Das Spektrum in 64 zeigt die Möglichkeit einer Neuroblastom-Zellbestimmung mittels geschachtelter RT-PCR und Analyse durch MALDI-TOF-MS.
The product was recovered from a solid phase cDNA derived from a reverse transcription reaction of 1 x 10 6 cells of a neuroblastoma cell line (LAN-1) as described above. The cDNA first strand was subjected to a first PCR using outer primers (hTH1 and hTH2), an aliquot of this PCR was used as a template in a second PCR using nested primers (biohTH and hTH6). The nested amplified product was purified and analyzed by MALDI-TOF-MS:
The spectrum in 64 shows the possibility of neuroblastoma cell determination by nested RT-PCR and analysis by MALDI-TOF-MS.

BEISPIEL 15EXAMPLE 15

Schnellnachweis der Mutation des Codon 634 des RET-Proto-Onkogens unter Verwendung von MassenspektrometrieQuick detection of the mutation of the codon 634 of the RET proto-oncogene using mass spectrometry

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

PROBESAMPLE

Die Identität von Codon 634 in jedem der drei Allele wurde durch Rsal-Enzymverdau, Einzelstrang-Konformationspolymorphismus- oder Sanger-Sequenzierung bestätigt. Das Exon 11 des RET-Gens wurde aus genomischer DNA PCR-amplifiziert (40 Zyklen), wobei Taq-Polymerase (Boehringer-Mannheim) mit jeweils 8 pMol des 5'-biotinylierten Vorwärts-Primers (5'-biotin-CAT GAG GCA GAG CAT ACG CA 3' SEQ ID Nr. 51) und des unmodifizierten Rückwärts-Primers (5'-GAC AGC AGC ACC GAG ACG AT-3', SEQ ID Nr. 52) je Röhrchen verwendet wurden; die amplifizierten Produkte wurden mit dem QIAquick-Kit von Qiagen zur Entfernung nicht eingebauter Primer gereinigt. 15 μl des amplifizierten Produktes wurden auf 10 μl (10 mg/ml) Dynal-Streptavidin-beschichteten Magnetperlen immobilisiert, gemäß dem Herstellerprotokoll denaturiert, und der Überstand, der den Antisense-Strang enthielt, wurde verworfen, die PROBE-Reaktion wurde mittels ThermoSequenase (TS)-DNA-Polymerase (Amersham) und Pharmacia dNTP/ddNTPs durchgeführt. 8 pMol Verlängerungsprimer (5'-CGG CTG CGA TCA CCG TGC GG-3', SEQ ID Nr. 53) wurden zu 13 μl H2O, 2 μl TS-Puffer, 2 μl 2mM ddATP (oder ddTTP) und 2 μl 0,5 mM dGTP/dCTP/dTTP (oder dGTP/dCTP/dATP) zugegeben, und das Gemisch wurde 30 sek bei 94°C erhitzt, gefolgt von 30 Zyklen zu je 10 sek bei 94°C und 45 sek bei 50°C; nach einer 5-minütigen Inkubation bei 95°C wurde der Überstand dekantiert, und die Produkte wurden durch Ethanolpräzipitation unter Zugabe von 0,5 μl 10 mg/ml Glykogen entsalzt. Das erhaltene Sediment wurde in 70%-igem Ethanol gewaschen, an Luft getrocknet und in 1 μl H2O suspendiert. 300 μl davon wurden mit der MALDI-Matrix (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure, 0,07 M Ammoniumcitrat in 1:1 H2O:CH3CN) auf einem Edelstahlprobenhalter gemischt und an Luft getrocknet. Die Massenspektren wurden mit einem Thermo Bioanalysis Vision 2000 MALDI-TOF aufgenommen, der im Reflektronmodus mit 5 und 20 kV an der Ziel- bzw. der Umwandlungsdynode betrieben wurde. Die beschriebenen experimentellen Massen (Mr(exp.)) sind diejenigen von neutralen Molekülen, wie sie mit externer Kalibrierung gemessen werden.The identity of codon 634 in each of the three alleles was confirmed by Rsal enzyme digestion, single-stranded conformation polymorphism or Sanger sequencing. The exon 11 of the RET gene was PCR amplified from genomic DNA (40 cycles) using Taq polymerase (Boehringer-Mannheim) with each 8 pmol of the 5'-biotinylated forward primer (5'-biotin-CAT GAG GCA GAG CAT ACG CA 3 'SEQ ID NO: 51) and the unmodified reverse primer (5'-GAC AGC AGC ACC GAG ACG AT). 3 ', SEQ ID NO: 52) were used per tube; the amplified products were purified with the QIAquick kit from Qiagen to remove unincorporated primers. 15 μl of the amplified product were immobilized on 10 μl (10 mg / ml) Dynal streptavidin-coated magnetic beads, denatured according to the manufacturer's protocol, and the supernatant containing the antisense strand was discarded, the PROBE reaction was monitored by ThermoSequenase ( TS) DNA polymerase (Amersham) and Pharmacia dNTP / ddNTPs. 8 pmole extension primer (5'-CGG CTG CGA TCA CCG TGC GG-3 ', SEQ ID NO: 53) was added to 13 μl H 2 O, 2 μl TS buffer, 2 μl 2mM ddATP (or ddTTP) and 2 μl 0 , 5 mM dGTP / dCTP / dTTP (or dGTP / dCTP / dATP) was added, and the mixture was heated at 94 ° C for 30 sec, followed by 30 cycles of 10 sec at 94 ° C and 45 sec at 50 ° C; after a 5 minute incubation at 95 ° C, the supernatant was decanted and the products were desalted by ethanol precipitation with the addition of 0.5 μl of 10 mg / ml glycogen. The resulting sediment was washed in 70% ethanol, dried in air and suspended in 1 μl H 2 O. 300 μl thereof was mixed with the MALDI matrix (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid, 0.07 M ammonium citrate in 1: 1 H 2 O: CH 3 CN) on a stainless steel sample holder and dried in air. The mass spectra were recorded with a Thermo Bioanalysis Vision 2000 MALDI-TOF operating in reflectron mode at 5 and 20 kV at the target and conversion dynodes, respectively. The described experimental masses (M r (exp.)) Are those of neutral molecules as measured by external calibration.

Direkte Messung diagnostischer ProdukteDirect measurement of diagnostic Products

Die PCR-Amplifikationsbedingungen für einen 44 bp-Bereich, der Codon 634 enthielt, waren die gleichen wie oben, jedoch wurde Pfu-Polymerase verwendet; der Vorwärts-Primer enthielt ein Ribonukleotid am 3'-Terminus (Vorwärts, 5'-GAT CCA CTG TGC GAC GAG C, (SEQ ID Nr. 54)-ribo; Rückwärts, 5'-GCG (3CT GCG ATC ACC GTG C (SEQ ID Nr. 55)). Nach Immobilisierung des Produkt und Waschen wurden 80 μl 12,5%-iges NH4OH zugegeben und über Nacht bei 80°C erhitzt, um die Primer vom 44-mer (Sense-Strang) abzuspalten, wobei ein 25-mer erhalten wurde. Der Überstand wurde noch im heißen Zustand abpipettiert, getrocknet, in 50 μl H2O resuspendiert, gefällt, resuspendiert und wie vorstehend mittels MALDI-TOF gemessen. Die MALDI-FTMS Spektren der synthetischen 25-mer-Analoga wurden wie zuvor beschrieben aufgenommen (Li, Y. et al. (1996), Anal Chem. 68:2090–2096). Zusammengefasst wurden 1–10 pMol DNA 1:1 mit Matrix auf einer direkten Insertionssonde gemischt, in die externe Ionenquelle (positiver Ionen-Modus) eingelassen, durch Bestrahlung mit einem Laserimpuls mit 337 nm Wellenlänge ionisiert und mittels Nur-Hochfrequenz-Quadrupol-Stäben in ein Magnetfeld mit 6,5 Tesla überführt, wo sie durch Stoß gefangen wurden. Nach einer 15 sek Verzögerung wurden die Ionen mit einem Breitband-Chirp-Impuls angeregt und mittels 256K Datenpunkten nachgewiesen, was Zeitbereichs-Signale von 5 sek Dauer erzeugte. Die aufgezeichneten (neutralen) Massen sind diejenigen des häufigsten Isotopenpeaks nach Subtraktion der Masse des ladungstragenden Protons (1,01 Da).The PCR amplification conditions for a 44 bp region containing codon 634 were the same as above, but Pfu polymerase was used; the forward primer contained a ribonucleotide at the 3'-terminus (forward, 5'-GAT CCA CTG TGC GAC GAG C, (SEQ ID NO: 54) ribo; reverse, 5'-GCG (3CT GCG ATC ACC GTG C ( SEQ ID NO: 55). After immobilization of the product and washing, 80 μl of 12.5% NH 4 OH was added and heated at 80 ° C overnight to cleave the primers from the 44-mer (sense strand), wherein an obtained 25-mer. the supernatant was pipetted off while hot, dried, resuspended in 50 ul H 2 O, precipitated, resuspended, and measured as above by means of MALDI-TOF. the MALDI-FTMS spectra of the synthetic 25-mer Analogs were recorded as previously described (Li, Y., et al., (1996), Anal Chem. 68: 2090-2096.) In summary, 1-10 pmoles of DNA were mixed 1: 1 with matrix on a direct insertion probe into the external ion source (positive ion mode), ionized by irradiation with a laser pulse of 337 nm wavelength and by means of high-frequency only quadrupole stabs transferred into a magnetic field of 6.5 Tesla, where they were caught by shock. After a 15 sec delay, the ions were excited with a broadband chirp pulse and detected using 256K data points, producing time domain signals of 5 seconds duration. The recorded (neutral) masses are those of the most frequent isotopic peak after subtraction of the mass of the charge-carrying proton (1.01 Da).

ErgebnisseResults

Das erste dargestellte Schema nutzt die in 65 schematisch dargestellt PROBE-Reaktion. Ein 20-mer-Primer ist so konzipiert, dass er spezifisch an einen Bereich auf der komplementären Matrize bindet, der stromabwärts der Mutationsstelle liegt; beim Anlagern an die Matrix, die mit Biotin markiert ist und an Streptavidinbeschichteten Magnetperlen immobilisiert ist, wird der PROBE-Primer mit einem Gemisch der drei Desoxynukleotid-triphosphate (dNTPs), einem di-dNTP (ddNTP) und einer DNA-Polymerase (65) versetzt. Der Primer wird durch eine Reihe von Basen verlängert, die für die Identität der variablen Base in Codon 634 spezifisch ist; für ein beliebiges Reaktionsgemisch (z. B. ddA + dT + dC + dG) sind drei Extensionsprodukte, die für die drei Allele stehen, möglich (65).The first illustrated scheme uses the in 65 schematically shown PROBE reaction. A 20-mer primer is designed to specifically bind to an area on the complementary template that is downstream of the mutation site; when annealed to the matrix labeled with biotin and immobilized on streptavidin-coated magnetic beads, the PROBE primer is incubated with a mixture of the three deoxynucleotide triphosphates (dNTPs), a di-dNTP (ddNTP) and a DNA polymerase ( 65 ). The primer is extended by a series of bases specific for the identity of the variable base in codon 634; for any reaction mixture (eg, ddA + dT + dC + dG), three extension products representing the three alleles are possible ( 65 ).

Für die negative Kontrolle (66) verursacht die Probe-Reaktion mit ddATP + dNTPs (N = T, C, G) eine Mr(exp.)-Verschiebung des Primers von 6135 zu 6726 Da (Δm + 591). Das Fehlen eines Peaks bei 6432 schließt eine C-A-Mutation aus (65); die Masse des einzigen beobachteten Peaks entspricht eher der Verlängerung um C-ddA (Mr(ber.) 6721, +0,07% Fehler) als um T-ddA (Mr(ber.) 6736, –0,15% Fehler) oder als A3TC2G, was für eine C→A-Mutante erwartet wird. Kombiniert man die ddA- und ddT-Reaktionsdaten, so wird klar, dass die negative Kontrolle an Codon 634 wie erwartet homozygot normal ist.For the negative control ( 66 ), the probe reaction with ddATP + dNTPs (N = T, C, G) causes a M r (exp.) shift of the primer from 6135 to 6726 Da (Δm + 591). The lack of a peak at 6432 excludes a CA mutation ( 65 ); the mass of the single observed peak corresponds more to extension by C-ddA (M r (calc.) 6721, + 0.07% error) than T-ddA (M r (calc.) 6736, -0.15% error ) or as A 3 TC 2 G, what is expected for a C → A mutant. Combining the ddA and ddT reaction data reveals that the negative control at codon 634 is homozygous normal as expected.

Die ddA-Reaktion für Patient 1 ergibt ebenfalls einen einzigen Peak (Mr(exp.) 6731) zwischen den erwarteten Werten für den Wildtyp und die C→→T-Mutation (65b). Die ddT-Reaktion ergibt jedoch zwei eindeutig aufgelöste Peaks, die mit einem heterozygoten Wildtyp vereinbar sind (Mr(exp.) 8249, +0,04% Massenfehler)/C→T-Mutante (Mr(exp.) 6428 Da, +0,08% Massenfehler). Für Patient 2 stellt das ddA-Produktpaar der 66c ein heterozygotes C→A (Mr(exp) 6431, –0,06% Massenfehler)/normales (Mr(exp.) 6719, –0,03% Massenfehler)-Allel dar. Die ddT-Reaktion bestätigt dies, wobei der einzige, bei 8264 Da gemessene Peak mit den nicht-aufgelösten Wildtyp- und C→A-Allelen im Einklang ist. Der Wert der Doppelexperimente ist aus einem Vergleich der 66a und 66b ersichtlich; während für Patient 1 der Peak bei 6726 aus der ddA-Reaktion nur eine Spezies darstellt, ist ein ähnlicher Peak bei Patient 1 tatsächlich ein nicht-aufgelöstes Paar von Peaks, deren Massen sich um 15 Da unterscheiden.The ddA response for patient 1 also gives a single peak (M r (exp.) 6731) between the expected values for the wild type and the C →→ T mutation ( 65b ). However, the ddT reaction results in two clearly resolved peaks, which are consistent with a heterozygous wild type (M r (exp.) 8249, + 0.04% ground fault) / C → T mutant (M r (exp.) 6428 Da + 0.08% mass error). For patient 2, the ddA product pair represents the 66c a heterozygous C → A (M r (exp) 6431, -0.06% mass error) / normal (M r (exp.) 6719, -0.03% mass error) allele. The ddT reaction confirms this, where the only peak measured at 8264 Da is consistent with the unresolved wild-type and C → A alleles. The value of the double experiments is from a comparison of the 66a and 66b visible; while for patient 1 the peak at 6726 from the ddA reaction represents only one species, a similar peak in patient 1 is actually an unresolved pair of peaks whose masses differ by 15 Da.

Bin alternatives Schema für den Nachweis von Punktmutationen ist die Unterscheidung der Allele durch direkte Messung der diagnostischen Produktmassen. Ein 44-mer, das die RET634-Stelle enthält, wurde durch PCR erzeugt, und der 19-mer-Sense-Primer wurde durch NH4OH-Spaltung an einem Ribonukleotid an seinem 3'-Terminus entfernt.An alternative scheme for the detection of point mutations is the differentiation of the alleles by direct measurement of the diagnostic product masses. A 44-mer containing the RET634 site was generated by PCR and the 19-mer sense primer was removed by NH 4 OH cleavage on a ribonucleotide at its 3'-terminus.

67 zeigt eine Reihe von MALDI-FTMS-Spektren synthetischer Analoga von kurzen amplifizierten Produkten, die die RET634-Mutantenstelle enthalten. Die 67a–c und 67d–f sind homozygote bzw. heterozygote Genotypen. Eine interne Kalibrierung wurde durchgeführt, wobei der häufigste Isotopenpeak für das Wildtyp-Allel verwendet wurde; die Anwendung dieser (externen) Kalibrierung auf die fünf anderen Spektren ergab jeweils eine Massengenauigkeit von besser als 20 ppm. Die Unterscheidung der Allele allein über die Masse ist eindeutig, selbst für Gemische von Heterozygoten, deren Komponenten sich um 16,00 (67d), 2501 (67e) oder 9,01 Da (65f) unterscheiden. Der Wert der Hochleistungs-MS ist eindeutig, wenn die Erkennung kleiner DNA-Massenverschiebungen die Grundlage für die Diagnose des Vorliegens oder Fehlens einer Mutation ist. Die aktuelle Wiedereinführung einer verzögerten Extraktions-(DB)Technik hat die Leistung von MALDI-TOF mit kurzen DNAs verbessert (Roskey, M. T. et al. (1996), Anal Chem. 68:941–946); eine auflösende Kraft (RP) von > 103 ist für ein Mischbasen-50-mer berichtet worden, und ein Paar von 31-meren mit einem C oder einem T (Δm 15 Da) an einer variablen Position wurde fast bis zur Grundlinie aufgelöst. Somit hat DE-TOF-MS die zur Auftrennung der einzelnen Komponenten von Heterozygoten nötige RP gezeigt. Jedoch selbst mit DB beträgt die Genauigkeit der DNA-Massenbestimmung mit TOF gewöhnlich 0,1% (8 Da bei 8 kDa) bei externer Kalibrierung, was hoch genug ist, dass unrichtige Diagnosen gestellt werden. Trotz der Möglichkeit von raumladungsinduzierten Frequenzverschiebungen (Marshall, A. G. et al. (1991) Anal. Chem. 63:215A–229A) betragen MALDI-FTMS-Massenfehler selten soviel wie 0,005% (0,4 Da bei 8 kDa), was eine interne Kalibrierung unnötig macht. 67 Figure 13 shows a series of MALDI-FTMS spectra of synthetic analogs of short amplified products containing the RET634 mutant site. The 67a -C and 67d -F are homozygous or heterozygous genotypes. An internal calibration was performed using the most abundant isotopic peak for the wild type allele; the application of this (external) calibration to the other five spectra each gave a mass accuracy of better than 20 ppm. The differentiation of alleles by mass alone is clear, even for mixtures of heterozygotes whose components are around 16.00 ( 67d ), 2501 ( 67e ) or 9.01 Da ( 65f ). The value of high performance MS is clear when the detection of small DNA mass shifts is the basis for the diagnosis of the presence or absence of a mutation. The recent reintroduction of a delayed extraction (DB) technique has improved the performance of MALDI-TOF with short DNAs (Roskey, MT et al. (1996), Anal. Chem. 68: 941-946); a resolving power (RP) of> 10 3 has been reported for a mixed-base 50-mer and a pair of 31-mer with a C or a T (Δm 15 Da) at a variable position has been resolved almost to baseline. Thus, DE-TOF-MS has demonstrated the RP necessary to separate the individual components of heterozygotes. However, even with DB, the accuracy of DNA mass determination with TOF is usually 0.1% (8 Da at 8 kDa) with external calibration, which is high enough to make incorrect diagnoses. Despite the possibility of space-charge-induced frequency shifts (Marshall, AG et al., (1991) Anal. Chem., 63: 215A-229A), MALDI-FTMS mass errors are rarely as much as 0.005% (0.4 Da at 8 kDa), an internal Calibration is unnecessary.

Die hier vorgestellten Verfahren für DNA-Punktmutation lassen sich nicht nur für die Analyse von Einzelbasenmutationen, sondern auch für den weniger anspruchsvollen Nachweis von einzelnen oder mehreren Baseninsertionen oder -deletionen und für die Quantifizierung von Tandem-Wiederholungen mit zwei, drei oder vier Basen einsetzen. Die PROBE-Reaktion ergibt Produkte, die der Analyse durch ESI- oder MALDI-Geräte mit relativ geringer Leistung zugänglich sind; die direkte Messung kurzer amplifizierter Produktmassen ist eine noch direktere Maßnahme zum Mutationsnachweis, und wird sich wahrscheinlich mit zunehmendem Interesse an Hochleistungs-MS, die mit FTMS verfügbar ist, stärker verbreiten.The here presented method for DNA point mutations can not only be used for the analysis of single-base mutations, for .... As well the less demanding detection of single or multiple base insertions or deletions and for the quantification of tandem repeats with two, three or four Use bases. The PROBE reaction gives products that analysis by ESI or MALDI devices with relatively low power accessible are; is the direct measurement of short amplified product masses an even more direct measure for proof of mutation, and is likely to increase with More interested in high performance MS available with FTMS.

BEISPIEL 16EXAMPLE 16

Immobilisierung der Nukleinsäuren an festen Trägern über einen Säure-labilen kovalenten bifunktionellen Trityl-LinkerImmobilization of the nucleic acids solid carriers over one Acid-labile covalent bifunctional trityl linker

Amino-verknüpfte DNA wurde nach Standard-Verfahren hergestellt und gereinigt. Ein Teil (10 Eq.) wurde in einer Speedvac bis zur Trockne eingedampft und in wasserfreiem DMF/Pyridin (9:1; 0,1 ml) resuspendiert. Dazu wurde das Chlortrityl-Choridharz (1 Eq. 1,05 μmol/mg Beladung) zugegeben, und das Gemisch wurde 24 Stunden geschüttelt. Die Beladung wurde überprüft, indem eine Harzprobe entnommen wurde, diese mit 80%-igem AcOH detrityliert wurde und die Extinktion bei 260 nm gemessen wurde. Die Beladung betrug etwa 150 pMol/mg Harz.Amino-linked DNA was prepared and purified according to standard procedures. A part (10 eq.) Was evaporated in a Speedvac to dryness and in anhydrous DMF / pyridine (9: 1, 0.1 ml). This was the chlorotrityl choride resin (1 eq. 1.05 μmol / mg Loading) and the mixture was shaken for 24 hours. The Loading was checked by a resin sample was taken, this detrityliert with 80% AcOH and the absorbance was measured at 260 nm. The loading was about 150 pmol / mg resin.

In 80%-iger Essigsäure beträgt die Halbwertszeit der Spaltung wesentlich weniger als 5 min – im Vergleich zu Ansätzen auf Tritylether-Basis mit Halbwertszeiten von 105 und 39 min für para- bzw. meta-substituierte bifunktionelle Dimethoxytrityl-Linker. Vorläufige Ergebnisse haben ebenfalls gezeigt, dass die Hydroxypicolinsäure-Matrix allein ausreicht, um die DNA vom Chlortritylharz abzuspalten.In 80% acetic acid is the half-life of the cleavage is considerably less than 5 min - in comparison to beginnings trityl ether-based with half-lives of 105 and 39 min for para- or meta-substituted bifunctional dimethoxytrityl linkers. Preliminary results have also shown that the hydroxypicolinic acid matrix is sufficient to cleave the DNA from the Chlortritylharz.

BEISPIEL 17EXAMPLE 17

Immobilisierung von Nukleinsäuren an festen Trägern über hydrophobe Trityl-LinkerImmobilization of nucleic acids solid carriers over hydrophobic Trityl linker

Der Primer enthielt eine 5'-Dimethoxytritylgruppe, die routinemäßig unter Verwendung einer Trityl-on-DNA-Synthese angebunden wurde.Of the Primer contained a 5'-dimethoxytrityl group, routinely under Using a trityl-on-DNA synthesis was attached.

Cl8-Perlen aus einer Oligo-Reinigungs-Kartusche (0,2 mg) wurden in eine mit Acetonitril gewaschenen Filterspitze gegeben, und anschließend wurde die DNA-Lösung (50 ng in 25 μl) hindurch gespült. Dies wurde dann mit 5% Acetonitril in Ammoniumcitrat-Puffer (70 mM, 250 μl) gewaschen. Zur Entfernung der DNA vom Cl8 wurden die Perlen mit 40%-igem Acetonitril in Wasser (10 μl) gewaschen und in einer Speedvac auf etwa 2 μl aufkonzentriert. Die Probe wurde dann einer MALDI unterzogen.Cl8 beads from an oligo-cleaning cartridge (0.2 mg) were in a with Acetonitrile washed filter tip was added, and then was the DNA solution (50 ng in 25 μl) rinsed through. This was then quenched with 5% acetonitrile in ammonium citrate buffer (70 mM, 250 μl) washed. To remove the DNA from Cl8, the beads were washed with 40% acetonitrile in water (10 μl) and washed in a Speedvac to about 2 μl concentrated. The sample was then subjected to a MALDI.

Die Ergebnisse zeigten, dass Acetonitril/Wasser in Mengen von ca. > 30% zur Dissoziierung der hydrophoben Wechselwirkung ausreichen. Da die bei MALDI verwendete Matrix 50% Acetonitril enthält, kann die DNA vom Träger gelöst werden und erfolgreich mit MALDI-TOF-MS nachgewiesen werden (wobei die Tritylgruppe während des MALDI-Verfahrens entfernt wird).The Results showed that acetonitrile / water in amounts of about> 30% for dissociation sufficient hydrophobic interaction. As used in MALDI Matrix contains 50% acetonitrile, Can the DNA from the carrier solved and successfully detected with MALDI-TOF-MS (where the trityl group during the MALDI method is removed).

69 ist eine schematische Darstellung der Nukleinsäure-Immobilisierung mittels hydrophober Trityl-Linker. 69 is a schematic representation of nucleic acid immobilization by means of hydrophobic trityl linkers.

BEISPIEL 18EXAMPLE 18

Immobilisierung von Nukleinsäuren auf festen Trägern über Streptavidin-IminobiotinImmobilization of nucleic acids solid carriers via streptavidin-iminobiotin

Experimentelles VerfahrenExperimental procedure

2-Iminobiotin-N-hydroxy-succinimid-Ester (Sigma) wurde mit einem 3'- oder 5'-Amino-Linker an die Oligonukleotide konjugiert, wobei die vom Hersteller vorgeschlagenen Bedingungen eingehalten wurden. Die Beendigung der Reaktion wurde durch MALDI-TOF-MS-Analyse bestätigt, und das Produkt wurde durch Umkehrphasen-HPLC gereinigt.2-iminobiotin-N-hydroxy-succinimide ester (Sigma) was awarded a 3'- or 5'-amino linker to the oligonucleotides conjugated, with the conditions proposed by the manufacturer were complied with. Termination of the reaction was by MALDI-TOF-MS analysis approved, and the product was purified by reverse phase HPLC.

Für jede Reaktion wurden 0,1 mg Streptavidin-beschichtete Magnetperlen (Dynabeads M-280 Streptavidin von Dynal) mit 80 pMol des entsprechenden Oligonukleotids in Gegenwart von 1 M NaCl und 50 mM Ammoniumcarbonat (pH 9,5) 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert. Die Perlen mit gebundenen Oligonukleotiden wurden zweimal mit 50 mM Ammoniumcarbonat (pH 9,5) gewaschen. Dann wurden die Perlen in 2 μl 3-HPA-Matrix bei Raumtemperatur für 2 min inkubiert. Ein Aliquot von 0,5 μl 50 mM Ammoniumcitrat wurde zu den Perlen zugegeben. Nach einer 5-minütigen Inkubation bei Raumtemperatur wurde 1 μl 3-HPA-Matrix zugegeben und 0,5 μl Überstand wurden für die MALDI-TOF MS verwendet. Um die Gewinnung des gebundenen Iminobiotin-Oligos zu maximieren, wurden die Perlen aus der vorstehenden Behandlung erneut mit 2 μl 3-HPA-Matrix inkubiert und 0,5 μl Überstand wurden zur MALDI-TOF MS verwendet. Bei der Matrix allein und bei der Behandlung nur mit Biotin wurde quantitativ Iminobiotin-Oligo von den Streptavidin-Perlen freigesetzt, wie in den 70 und 71 gezeigt ist.For each reaction, 0.1 mg of streptavidin-coated magnetic beads (Dynabeads M-280 Streptavidin from Dynal) was incubated with 80 pmoles of the appropriate oligonucleotide in the presence of 1 M NaCl and 50 mM ammonium carbonate (pH 9.5) for 1 hour at room temperature. The beads with bound oligonucleotides were washed twice with 50 mM ammonium carbonate (pH 9.5). Then the beads were incubated in 2 μl 3-HPA matrix at room temperature for 2 min. An aliquot of 0.5 μl of 50 mM ammonium citrate was added to the beads. After a 5 minute incubation at room temperature, 1 μl of 3-HPA matrix was added and 0.5 μl supernatant was used for the MALDI-TOF MS. To maximize recovery of the bound iminobiotin oligos, the beads from the above treatment were again incubated with 2 μl of 3-HPA matrix and 0.5 μl supernatant was used for MALDI-TOF MS. In the case of the matrix alone and in the treatment with biotin only, iminobiotin oligo was quantitatively released from the streptavidin beads, as in US Pat 70 and 71 is shown.

BEISPIEL 19EXAMPLE 19

Mutationsanalyse unter Verwendung von Schleifen-Primer-Oligo-Basen-ExtensionMutation analysis using of loop primer oligo base extension

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Genomische DNA. Genomische DNA wurde von gesunden Individuen und von Patienten, die an Sichelzellanämie leiden, erhalten. Die Wildtyp-Sequenzen und die mutierten Sequenzen wurden auf herkömmliche Weise mittels Standard Sanger-Sequenzierung beurteilt.genomic DNA. Genomic DNA was obtained from healthy individuals and from patients, the sickle cell anemia suffer, receive. The wild-type sequences and the mutated sequences were on conventional Way by standard Sanger sequencing assessed.

PCR-Amplifikation. PCR-Amplifikationen eines Teils von β-Globin wurden durchgeführt und optimiert, um das Reaktionsprodukt ohne weiteren Reinigungsschritt für den Einfang mit Streptavidin-beschichteten Perlen zu verwenden. Die Ziel-Amplifikationen für LOOP-PROBE-Reaktionen wurden mit loop cod5 d(GAG TCA GGT GCG CCA TGC CTC AAA CAG ACA CCA TGG CGC, SEQ ID Nr. 58) als Forwärtsprimer und β-11-bio d(TCT CTG TCT CCA CAT GCC CAG, SEQ ID Nr. 59) als biotinylierter Rückwärtsprimer durchgeführt. Das unterstrichene Nukleotid in dem loop-cod5 Primer ist mutiert, um eine invariante Cfol-Restriktionsstelle in das Amplikon einzuführen, und die kursiven Nukleotide sind komplementär zu einem Teil des amplifizierten Produkts. Das PCR-Gesamtvolumen betrug 50 μl einschließlich 200 ng genomischer DNA, 1 E Taq-Polymerase (Boehringer-Mannheim, Kat. Nr. 1596594), 1,5 mM MgCl2, 0,2 mM dNTPs (Boehringer-Mannheim, Kat. Nr. 1277 49) und 10 pmol jedes Primers. Ein spezifisches Fragment des β-Globin-Gens wurde unter Verwendung folgender Zyklisierungsbedingungen amplifiziert: 5 min 94°C, gefolgt von 40 Zyklen mit: 30 sek bei 94°C, 30 sek bei 56°C, 30 sek bei 72°C und einer abschließenden Extension für 2 Minuten bei 72°C.PCR amplification. PCR amplifications of a portion of β-globin were performed and optimized to use the reaction product without further purification step for capture with streptavidin-coated beads. Target amplifications for LOOP-PROBE reactions were performed with loop cod5 d (GAG TCA GGT GCG CCA TGC CTC AAA CAG ACA CCA TGG CGC, SEQ ID NO: 58) as forward primer and β-11 bio (TCT CTG TCT CCA CAT GCC CAG, SEQ ID NO: 59) as a biotinylated reverse primer. The underlined nucleotide in the loop-cod5 primer is mutated to form an invariant Cfol restriction site in the Amplicon and the italic nucleotides are complementary to a portion of the amplified product. The total PCR volume was 50 μl including 200 ng of genomic DNA, 1 E Taq polymerase (Boehringer-Mannheim, cat. No. 1596594), 1.5 mM MgCl 2 , 0.2 mM dNTPs (Boehringer-Mannheim, cat. No 1277 49) and 10 pmol of each primer. A specific fragment of the β-globin gene was amplified using the following cycling conditions: 94 ° C for 5 minutes followed by 40 cycles of: 94 ° C for 30 seconds, 56 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 30 seconds, and one final extension for 2 minutes at 72 ° C.

Einfangen und Denaturieren der biotinylierten Matrizen. 10 μl paramagnetische Streptavidin-beschichtete und mit 5 × Bindungslösung (5 M NH4Cl, 0,3 M NH4OH) behandelte Perlen (10 mg/ml; Dynal, Dynabeads M-280 Streptavidin Kat. Nr. 112.06) wurden zu 40 μl PCR-Volumen (10 μl des amplifizierten Produktes wurden zur Überprüfung mittels Elektrophorese aufbewahrt) zugegeben. Nach 30-minütiger Inkubation bei 37°C wurde der Überstand verworfen. Die eingefangenen Matrizen wurden mit 50 μl 100 mM NaOH für 5 min bei Umgebungstemperatur denaturiert, dann einmal mit 50 μl 50 mM NH4OH und dreimal mit 100 μl 10 mM Tris·Cl, pH 8,0 gewaschen. Die einzelsträngige DNA diente als Matrizen für die PROBE-Reaktionen.Capture and denature the biotinylated templates. 10 μl of paramagnetic streptavidin-coated beads treated with 5 × binding solution (5 M NH 4 Cl, 0.3 M NH 4 OH) (10 mg / ml; Dynal, Dynabeads M-280 streptavidin Cat. No. 112.06) became 40 μl of PCR volume (10 μl of the amplified product was saved for verification by electrophoresis). After a 30 minute incubation at 37 ° C, the supernatant was discarded. The trapped templates were denatured with 50 μl of 100 mM NaOH for 5 min at ambient temperature, then washed once with 50 μl of 50 mM NH 4 OH and three times with 100 μl of 10 mM Tris-Cl, pH 8.0. The single-stranded DNA served as templates for the PROBE reactions.

Primer-Oligo-Basen-Extensions-(PROBE)-Reaktion. Die PROBE-Reaktionen wurden mit Sequenase 2.0 (USB Kat. Nr. E70775Z, einschließlich Puffer) als Enzym und dNTPs und ddNTPs, bezogen von Boehringer-Mannheim (Kat. Nr. 1277049 und 1008382), durchgeführt. Das Verhältnis zwischen den dNTPs (dCTP, dGTP, dTTP) und ddATP betrug 1:1 und die von jedem Nukleotid eingesetzte Gesamtkonzentration betrug 50 μM. Nach Zugabe von 5 μl 1-fach Sequenase-Puffer wurden die Perlen 5 min bei 65°C und 10 min bei 37°C inkubiert. Während dieser Zeit lagerten sich die partiell selbst-komplementären Primer an die Zielstelle an. Die Enzymreaktion begann nach Zugabe von 0,5 μl 100 mM Dithiothreitol (DTT), 3,5 μl dNTP/ddNTP-Lösung und 0,5 μl Sequenase (0,8 U) und wurde 10 min bei 37°C inkubiert. Anschließend wurden die Perlen einmal in 1-fach TE-Puffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 8,0) gewaschen.Primer oligo base Extensions (PROBE) reaction. The PROBE reactions were carried out with Sequenase 2.0 (USB Cat. No. E70775Z, including Buffer) as the enzyme and dNTPs and ddNTPs purchased from Boehringer-Mannheim (Cat. Nos. 1277049 and 1008382). The relation between the dNTPs (dCTP, dGTP, dTTP) and ddATP were 1: 1 and that of each Nucleotide total concentration was 50 μM. After adding of 5 μl 1-fold Sequenase buffer, the beads were 5 min at 65 ° C and 10 min incubated at 37 ° C. While At that time, the partially self-complementary primers annealed to the destination. The enzyme reaction started after addition of 0.5 μl of 100 mM Dithiothreitol (DTT), 3.5 μl dNTP / ddNTP solution and 0.5 μl Sequenase (0.8 U) and was at 37 ° C for 10 min incubated. Subsequently once in 1X TE buffer (10mM Tris, 1mM EDTA, pH 8.0).

Cfol-Restriktionsverdau. Der Restriktionsenzymverdau wurde in einem Gesamtvolumen von 5 μl unter Verwendung von 10 E Cfol in 1-fach Puffer L, der von Boehringer-Mannheim bezogen wurde, durchgeführt. Die Inkubationszeit bei 37°C betrug 20 min.Cfol restriction. Restriction enzyme digestion was used in a total volume of 5 μl using of 10 E Cfol in 1-fold Buffer L, purchased from Boehringer-Mannheim was performed. The Incubation time at 37 ° C was 20 minutes.

Konditionierung der diagnostischen Produkte zur massenspektrometrischen AnalyseConditioning of the diagnostic Products for mass spectrometric analysis

Nach dem Restriktionsverdau wurde der Überstand in 45 μl H2O, 10 μl 3 M NH4-Acetat (pH 6,5), 0,5 μl Glykogen (10 mg/ml in Wasser, Sigma, Kat. Nr. G1765) und 110 μl absolutem Ethanol für 1 Stunde bei Raumtemperatur präzipitiert. Nach 10-minütiger Zentrifugation bei 13.000 × g wurde das Sediment in 70% Ethanol gewaschen und in 2 μl 18 MOhm/cm H2O resuspendiert. Die Perlen wurden in 100 μl 0,7 M NH4-Citrat und danach in 100 μl 0,05 M NH4-Citrat gewaschen. Die diagnostischen Produkte wurden durch 2-minütiges Erhitzen der Perlen in 2 μl 50 mM NH4OH bei 80°C erhalten.After restriction digestion, the supernatant was dissolved in 45 μl H 2 O, 10 μl 3 M NH 4 acetate (pH 6.5), 0.5 μl glycogen (10 mg / ml in water, Sigma, Cat. No. G1765) and 110 ul absolute ethanol for 1 hour at room temperature precipitated. After 10 minutes centrifugation at 13,000 x g the pellet was washed in 70% ethanol and resuspended in 2 .mu.l 18 Mohm / cm H 2 O resuspended. The beads were washed in 100 μl of 0.7 M NH 4 citrate and then in 100 μl of 0.05 M NH 4 citrate. The diagnostic products were obtained by heating the beads in 2 μl of 50 mM NH 4 OH at 80 ° C for 2 minutes.

Probenpräparation und Analyse mittels MALDI-TOF-Massenspektrometrie.Sample preparation and analysis by means of MALDI-TOF mass spectrometry.

Die gleiche Präparation wurde durch Mischen von 0,6 μl Matrixlösung (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure, 0,07 M dibasisches Ammoniumcitrat in 1:1 H2O:CH3CN) mit 0,3 μl des resuspendierten DNA/Glykogen-Sediments oder des Überstandes nach Erhitzen der Perlen in 50 mM NH4OH auf einem Probenziel durchgeführt und an der Luft trocknen gelassen. Das Probenziel wurde automatisch in den Quellenbereich eines unmodifizierten Perspective Voyager MALDI-TOF-Gerätes eingebracht, das im Linearmodus mit verzögerter Extraktion mit 5 und 20 kV an der Ziel- bzw. Umwandlungsdynode betrieben wurde. Die theoretischen Molekülmassen (Mr(ber.)) wurden aus den atomaren Zusammensetzungen berechnet. Die aufgezeichneten experimentellen Werte (Mr(exp.)) sind diejenigen der einfach protonierten Form.The same preparation was prepared by mixing 0.6 μl matrix solution (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid, 0.07 M dibasic ammonium citrate in 1: 1 H 2 O: CH 3 CN) with 0.3 μl of the resuspended DNA / glycogen Sediment or supernatant after heating the beads in 50 mM NH 4 OH on a sample target and allowed to air dry. The sample target was automatically placed in the source area of an unmodified Perspective Voyager MALDI-TOF instrument operating in the 5 and 20 kV delayed extraction linear mode at the target and conversion dynode, respectively. The theoretical molecular masses (M r (calc.)) Were calculated from the atomic compositions. The recorded experimental values (M r (exp.)) Are those of the singly protonated form.

ERGEBNISSERESULTS

Die LOOP-PROBE wurde auf den Nachweis der häufigsten Mutation des Codons 6 des menschlichen β-Globin-Gens; die eine Sichelzellenanämie hervorruft, angewendet. Die einzelnen Schritte des Verfahrens sind schematisch in 72 dargestellt. Zur Analyse von Codon 6 wurde ein Teil des β-Globingens mittels PCR unter Verwendung des biotinylierten Rückwärts-Primers β11 bio und des Primers loop-cod5 amplifiziert, der so modifiziert ist, dass eine Cfol-Erkennungsstelle eingebracht wird (72a). Das amplifizierte Produkt ist 192 bp lang. Nach der PCR wurde das Amplifikationsprodukt wie vorstehend beschrieben an Streptavidinbeschichtete paramagnetische Teilchen gebunden. Der Einzelstrang wurde durch Denaturieren des doppelsträngigen amplifizierten Produktes (72b) Isoliert. Die intramolekulare Anlagerung des komplementären 3'-Endes erfolgte durch einen kurzen Hitze-Denaturierungsschritt und Inkubation bei 37°C. Das 3'-Ende des Antisense-Stranges ist nun partiell doppelsträngig (72c). Zur Analyse der DNA stromabwärts des selbst-angelagerten 3'-Endes des Antisense-Strangs wurde die Primer-Oligo-Basen-Extension (PROBE) mittels ddATP, dCTP, dGTP, dTTP (72d) durchgeführt. Dies erzeugt unterschiedlich lange Produkte, die für den Genotyp des analysierten Individuums spezifisch sind. Vor der Bestimmung der Länge dieser diagnostischen Produkte wurde die DNA mit Cfol-Restriktionsendonuklease inkubiert, die 5' des verlängerten Produktes spaltet. Dieser Schritt befreit den Stem-Loop von der Matrizen-DNA, wohingegen das verlängerte Produkt weiter an der Matrize gebunden bleibt. Die verlängerten Produkte werden dann durch Erhitzen vom Matrizen-Strang denaturiert und mittels MALDI-TOF Massenspektrometrie analysiert.The LOOP PROBE was tested for the most common mutation of codon 6 of the human β-globin gene; which causes sickle cell anemia. The individual steps of the process are shown schematically in 72 shown. For the analysis of codon 6, part of the β-globin gene was amplified by PCR using the reverse biotinylated primer β11 bio and the primer loop-cod5 modified to introduce a Cfol recognition site ( 72a ). The amplified product is 192 bp long. After PCR, the amplification product was bound to streptavidin-coated paramagnetic particles as described above. The single strand was isolated by denaturing the double-stranded amplified product ( 72b ) Isolated. The intramolecular attachment of the complementary 3'-end was done by a short heat-denaturation step and incubation at 37 ° C. The 3'-end of the antisense se-stranges is now partially double-stranded ( 72c ). To analyze the DNA downstream of the self-annealed 3 'end of the antisense strand, the primer oligo base extension (PROBE) was amplified using ddATP, dCTP, dGTP, dTTP ( 72d ) carried out. This produces products of different lengths that are specific to the genotype of the individual being analyzed. Prior to determining the length of these diagnostic products, the DNA was incubated with Cfol restriction endonuclease, which cleaves 5 'of the extended product. This step frees the stem loop from the template DNA, whereas the extended product remains bound to the template. The extended products are then denatured by heating from the template strand and analyzed by MALDI-TOF mass spectrometry.

Da die MALDI-TOF-Analysen mit einem nicht-kalibrierten Gerät durchgeführt wurden, war die Massenabweichung zwischen den beobachteten und den erwarteten Werten um etwa 0,6% höher als theoretisch berechnet. Die erhaltenen Ergebnisse waren jedoch in wiederholten Experimenten schlüssig und reproduzierbar. Bei allen analysierten Überstanden konnte nach dem Restriktionsverdau der Stem-Loop nachgewiesen werden. Der Stem-Loop hatte unabhängig vom Genotyp bei sämtlichen Analysen Molekülmassen von etwa 8150 Da (erwartet 8111 Da). Ein Beispiel ist in 73a gezeigt. Der zweite Peak in dieser Figur mit einer Masse von 4076 Da ist ein doppelt geladenes Ion des Stem-Loops. Die 73b bis 73d zeigen die Analysen der unterschiedlichen Genotypen, wie in den entsprechenden Nebenschaubildern gezeigt ist. HbA ist der Wildtyp-Genotyp und HbC und HbS sind zwei unterschiedliche Mutationen in Codon 6 des β-Globingens, die Sichelzellerkrankung hervorrufen. In der Wildtyp-Situation werden ein einzelner Peak mit einer Molekülmasse von 4247 Da und ein weiterer mit 6696 Da nachgewiesen (73b). Der letztere entspricht dem in der PCR-Reaktion nicht verwendeten biotinylierten PCR-Primer (β-11-bio), der in einigen Experimenten auch entfernt wurde. Der erstere entspricht dem diagnostischen Produkt für HbA. Die Analysen der zwei individuellen DNA-Moleküle mit HbS-Eigenschaft sowie Compound-Heterozygotie (HbS/HbC) für die Sichelzellenstörung ergeben zudem zweifelsfrei erwartete Ergebnisse (73c und 73d).Since the MALDI-TOF analyzes were performed on a non-calibrated instrument, the mass deviation between the observed and expected values was about 0.6% higher than theoretically calculated. However, the results obtained were conclusive and reproducible in repeated experiments. In all supernatants analyzed, the stem-loop could be detected after restriction digestion. Regardless of genotype, the stem-loop had molecular masses of about 8150 Da (expected 8111 Da) in all analyzes. An example is in 73a shown. The second peak in this figure with a mass of 4076 Da is a doubly charged ion of the stem loop. The 73b to 73d show the analyzes of the different genotypes, as shown in the corresponding sub-charts. HbA is the wild-type genotype and HbC and HbS are two different mutations in codon 6 of the β-globin gene that cause sickle cell disease. In the wild-type situation, a single peak with a molecular mass of 4247 Da and another with 6696 Da are detected ( 73b ). The latter corresponds to the biotinylated PCR primer (β-11-bio) not used in the PCR reaction, which was also removed in some experiments. The former corresponds to the diagnostic product for HbA. Analysis of the two individual DNA molecules with HbS property as well as compound heterozygosity (HbS / HbC) for sickle cell disorder also give unequivocally expected results ( 73c and 73d ).

Die LOOP-PROBE ist folglich ein leistungsfähiges Mittel zum Nachweis von Mutationen, insbesondere vorwiegenden erkrankungsverursachenden Mutationen oder allgemeinen Polymorphismen. Die Technik eliminiert ein spezifisches Reagenz zum Mutationsnachweis und vereinfacht somit das Verfahren und macht es für eine Automatisierung zugänglich. Das analysierte spezifische verlängerte Produkt wird vom Primer abgespalten und ist daher verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren kürzer. Die Anlagerungseffizienz ist außerdem gegenüber der Anlagerung eines zugegeben Primers höher und sollte daher mehr Produkt erzeugen. Das Verfahren ist mit der Multiplexierung und verschiedenen Nachweisschemata (z. B. Einzelbasen-Extension, Oligo-Basen-Extension und Sequenzierung) kompatibel. Die Verlängerung des LoopPrimers kann bspw. zur Erzeugung kurzer diagnostischer Sequenzierleitern in stark polymorphen Bereichen verwendet werden, um beispielsweise eine HLA-Typisierung oder Resistenz sowie Artentypisierung (z. B. Mycobacterium tuberculosis) durchzuführen.The LOOP SAMPLE is therefore a powerful means of detection Mutations, especially predominant disease causing Mutations or general polymorphisms. The technique eliminated a specific reagent for mutation detection and thus simplifies the procedure and does it for you Automation accessible. The analyzed specific prolonged Product is cleaved from the primer and is therefore compared to the conventional one Procedure shorter. The addition efficiency is also opposite to Addition of an added primer is higher and should therefore be more product produce. The procedure is with the multiplexing and different Detection schemes (eg, single base extension, oligo base extension, and Sequencing) compatible. The extension of the LoopPrimers can For example, to produce short diagnostic Sequenzierleitern in strong polymorphic regions, for example HLA typing or resistance and species typing (eg Mycobacterium tuberculosis).

BEISPIEL 20EXAMPLE 20

T7-RNA-Polymerase-abhängige Amplifikation von CKR-5 und Nachweis mittels MALDI-MST7 RNA polymerase-dependent amplification of CKR-5 and detection by MALDI-MS

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Genomische DNA. Menschliche genomische DNA wurde von gesunden Individuen erhalten.genomic DNA. Human genomic DNA was obtained from healthy individuals.

PCR-Amplifikation und Reinigung. Die PCR-Amplifikation eines Teils des CKR5-Gens erfolgte mit ckrT7f als Sense-Primer d(ACC TAG CGT TCA GTT CGA CTG AGA TAA TAC GAC TCA CTA TAG CAG CTC TCA TTT TCC ATA C, SEQ ID Nr. 60). Die unterstrichene Sequenz entspricht der zu CKR-5 homologen Sequenz, die fett gedruckte Sequenz entspricht der Promotorsequenz der T7-RNA-Polymerase und die kursiv gedruckte Sequenz wurde zufällig gewählt. ckr5r wurde als Antisense-Primer d(AAC TAA GCC ATG TGC ACA ACA, SEQ ID Nr. 61) verwendet. Die Reinigung des amplifizierten Produktes und die Entfernung nicht-eingebauter Nukleotide erfolgte mit dem QIAquick-Reinigungs-Kit (Qiagen, Kat. Nr. 28104). Im endgültigen PCR-Volumen von 50 μl befanden sich 200 ng genomische DNA, 1 E Taq-Polymerase (Boehringer-Mannheim, Kat. Nr. 1596594), 1,5 mM MgCl2, 0,2 mM dNTPs (Bochringer-Mannheim, Kat. Nr. 1277049) und je 10 pMol Primer. Das spezifische Fragment des CKR-5-Gens wurde unter den nachstehenden Amplifikationsbedingungen amplifiziert: 5 min bei 94°C, gefolgt von 40 Zyklen mit jeweils 45 sek bei 94°C, 45 sek bei 52°C, 5 sek bei 72°C und einer endgültigen Verlängerung von 5 min bei 72°C.PCR amplification and purification. PCR amplification of part of the CKR5 gene was performed with ckrT7f as sense primer d (ACC TAG CGT TCA GTT CGA CTG AGA TAA TAC GAC TCA CTA TAG CAG CTC TCA TTT TCC ATA C , SEQ ID NO: 60). The underlined sequence corresponds to the CKR-5 homologous sequence, the bolded sequence corresponds to the T7 RNA polymerase promoter sequence, and the italicized sequence was chosen at random. ckr5r was used as antisense primer d (AAC TAA GCC ATG TGC ACA ACA, SEQ ID NO: 61). Purification of the amplified product and removal of unincorporated nucleotides was done with the QIAquick Purification Kit (Qiagen, Cat. No. 28104). The final PCR volume of 50 μl contained 200 ng of genomic DNA, 1 U Taq polymerase (Boehringer-Mannheim, cat. No. 1596594), 1.5 mM MgCl 2 , 0.2 mM dNTPs (Bochringer-Mannheim, cat No. 1277049) and 10 pmol each primer. The specific fragment of the CKR-5 gene was amplified under the following amplification conditions: 94 ° C for 5 minutes, followed by 40 cycles of 45 seconds at 94 ° C, 45 seconds at 52 ° C, 5 seconds at 72 ° C, and a final extension of 5 min at 72 ° C.

T7-RNA-Polymerase-Bedingungen. Ein Drittel der gereinigten DNA (etwa 60 ng) wurde in der T7-RNA-Polymerase-Reaktion eingesetzt (Boehringer-Mannheim, Kat. Nr. 881767). Die Reaktion erfolgte für etwa 2 Stunden bei 37°C gemäß den Herstellerbedingungen unter Verwendung des beigefügten Puffers. Das endgültige Reaktionsvolumen betrug 20 μl, 0,7 μl RNasin (33 E/μl) wurden zugegeben. Nach der Verlängerungsreaktion wurde das Enzym durch Inkubation für 5 min bei 65°C inaktiviert.T7 RNA polymerase-conditions. One third of the purified DNA (about 60 ng) was used in the T7 RNA polymerase reaction (Boehringer-Mannheim, cat. No. 881767). The reaction was for for about 2 hours at 37 ° C according to the manufacturer's conditions using the enclosed buffer. The final reaction volume was 20 μl, 0.7 μl RNasin (33 U / μl) was added. After the extension reaction, the enzyme was inactivated by incubation for 5 min at 65 ° C.

DNA-Verdau und Konditionierung der diagnostischen Produkte für die Massenspektrometrie-AnalyseDNA digestion and conditioning of the diagnostic Products for the mass spectrometry analysis

Die Matrizen-DNA wurde durch Zugabe RNase-freier DNase I (Boehringer-Mannheim, Kat. Nr. 776758) zum inaktivierten T7-Gemisch und 20-minütige Inkubation bei Raumtemperatur gespalten. Die Fällung erfolgte durch Zugabe von 1 μl Glykogen (10 mg/nil, Sigma, Kat. Nr. G1765), 1/10 Volumen 3 M NH2-Acetat (pH 6,5) und 3 Volumina absolutem Ethanol und Inkubation für 1 Stunde bei Raumtemperatur. Nach 10-minütiger Zentrifugation bei 13.000 g wurde das Sediment mit 70%-igem Ethanol gewaschen und in 3 μl 18 MOhm/cm H2O resuspendiert. 1 μl wurde auf einem Agarosegel untersucht.The template DNA was cleaved by addition of RNase-free DNase I (Boehringer-Mannheim, Cat. No. 776758) to the inactivated T7 mixture and incubation for 20 minutes at room temperature. The precipitation was carried out by adding 1 μl glycogen (10 mg / ml, Sigma, Cat. No. G1765), 1/10 volume 3 M NH 2 acetate (pH 6.5) and 3 volumes of absolute ethanol and incubating for 1 hour at room temperature. After centrifugation at 13,000 g for 10 minutes, the sediment was washed with 70% ethanol and resuspended in 3 μl of 18 MOhm / cm H 2 O. 1 μl was assayed on an agarose gel.

Probenpräparation und Analyse durch MALDI-TOF-MassenspektrometrieSample preparation and analysis by MALDI-TOF mass spectrometry

Die Probenpräparation wurde durchgeführt, indem 0,6 μl Matrix-Lösung (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure, 0,07 M dibasisches Ammoniumcitrat in 1:1 H2O:CH3CN) mit 0,3 μl resuspendiertem DNA/Glykogen auf einem Probenziel gemischt wurde und an der Luft trocknen gelassen wurde. Das Probenziel wurde in den Quellenbereich eines unmodifizierten Finnigan VISION 2000 MALDI-TOF-Gerätes eingebracht, das im Reflektron-Modus mit 5 kV betrieben wurde. Die theoretische Molekülmasse wurde aus der atomaren Zusammensetzung berechnet; die aufgezeichneten experimentellen Werte sind diejenigen der einfach protonierten Form.The sample preparation was performed by adding 0.6 μl of matrix solution (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid, 0.07 M dibasic ammonium citrate in 1: 1 H 2 O: CH 3 CN) with 0.3 μl of resuspended DNA / glycogen mixed with a sample target and allowed to air dry. The sample target was placed in the source region of an unmodified Finnigan VISION 2000 MALDI-TOF instrument operated at 5 kV in reflectron mode. The theoretical molecular mass was calculated from the atomic composition; the recorded experimental values are those of the simply protonated form.

ERGEBNISSERESULTS

Der Chemokin-Rezeptor CKR-5 wurde als der Haupt-Corezeptor bei HIV-1 identifiziert (siehe z. B. WO 96/39437 von Human Genome Sciences; Cohen, J. et al. Science 275:1261). Ein Mutanten-Allel, das durch eine 32bp-Deletion charakterisiert ist, wird in 16% der HIV-seronegativen Population vorgefunden, wohingegen die Häufigkeit dieses Allels bei der HIV-1-seropositiven Population um 35% niedriger ist. Man nimmt an, dass Individuen, die für dieses Allel homozygot sind, gegen HIV-1 resistent sind. Die T7-RNA-Polymerase-abhängige Amplifikation wurde angewendet, um diesen spezifischen Bereich des Chemokin-Rezeptors CKR-5 (74) zu identifizieren. Menschliche genomische DNA wurde mit herkömmlicher PCR amplifiziert. Der Sense-Primer war so modifiziert, dass er eine zufällige Sequenz von 24 Basen, die die Bindung der Polymerase erleichterte, und die T7-RNA-Polymerase-Promotorsequenz enthielt (75). Der mutmaßliche Start der Transkription erfolgt an der ersten Base 5' der Promotorsequenz. ckr5r wurde als Antisense-Primer eingesetzt. Die PCR-Bedingungen sind vorstehend aufgeführt. Das von den Wildtyp-Allelen abstammende amplifizierte Produkt ist 75 bp lang. Die Primer und die Nukleotide wurden mit dem QIAquick-Reinigungs-Kit von Qiagen vom Amplifikationsprodukt abgetrennt. Ein Drittel des gereinigten Produktes wurde einer in-vitro-Transkription mit T7-RNA-Polymerase unterworfen. Um einen Einfluss der Matrizen-DNA zu umgehen, wurde diese mit RNase-freier DNase I gespalten. Die RNA wurde präzipitiert, und bei diesem Schritt bleibt die abgebaute DNA ebenfalls im Überstand. Ein Teil der gelösten RNA wurde auf einem Agarosegel analysiert, und der Rest der Probe wurde zur MALDI-TOF-Analyse präpariert. Die erwartete berechnete Masse des Produktes beträgt 24560 Da. Ein dominanter Peak, der einer ungefähren Masse von 25378,5 Da entspricht, kann beobachtet werden. Da der Peak sehr breit ist, war eine genaue Bestimmung der Molekülmasse nicht möglich. Der Peak entspricht nicht der verbliebenen DNA-Matrize. Erstens wird die Matrizen-DNA gespalten und zweitens hätten die DNA-Stränge eine Masse von 23036,0 bzw. 23174 Da.The chemokine receptor CKR-5 has been identified as the major coreceptor in HIV-1 (see e.g. WO 96/39437 of Human Genome Sciences; Cohen, J. et al. Science 275: 1261). A mutant allele characterized by a 32bp deletion is found in 16% of the HIV seronegative population, whereas the frequency of this allele is 35% lower in the HIV-1 seropositive population. It is believed that individuals homozygous for this allele are resistant to HIV-1. T7 RNA polymerase-dependent amplification was applied to this specific region of the chemokine receptor CKR-5 (FIG. 74 ) to identify. Human genomic DNA was amplified by conventional PCR. The sense primer was modified to contain a random sequence of 24 bases that facilitated binding of the polymerase and the T7 RNA polymerase promoter sequence ( 75 ). The putative start of transcription occurs at the first base 5 'of the promoter sequence. ckr5r was used as an antisense primer. The PCR conditions are listed above. The amplified product derived from the wild-type alleles is 75 bp in length. The primers and nucleotides were separated from the amplification product using Qiagen QIAquick Purification Kit. One third of the purified product was subjected to in vitro transcription with T7 RNA polymerase. To circumvent an influence of the template DNA, this was cleaved with RNase-free DNase I. The RNA was precipitated and at this step the degraded DNA also remains in the supernatant. Part of the dissolved RNA was analyzed on an agarose gel and the remainder of the sample was prepared for MALDI-TOF analysis. The expected calculated mass of the product is 24560 Da. A dominant peak corresponding to an approximate mass of 25378.5 Da can be observed. Since the peak is very broad, accurate molecular weight determination was not possible. The peak does not correspond to the remaining DNA template. First, the template DNA is cleaved and second, the DNA strands have a mass of 23036.0 and 23174 Da, respectively.

Dieses Beispiel zeigt, dass die T7-RNA-Polymerase effizient Ziel-DNA amplifizieren kann. Die erzeugte RNA kann durch Massenspektrometrie nachgewiesen werden. Zusammen mit modifizierten (z. B. 3'-Desoxy)-Ribonukleotiden, die spezifisch durch RNA-Polymerase eingebaut, aber nicht weiter verlängert werden, kann dieses Verfahren zur Bestimmung der Sequenz einer Matrizen-DNA verwendet werden.This Example shows that the T7 RNA polymerase efficiently amplifies target DNA can. The generated RNA can be detected by mass spectrometry become. Together with modified (eg 3'-deoxy) ribonucleotides that are specific incorporated by RNA polymerase but can not be extended further this method is used to determine the sequence of a template DNA become.

BEISPIEL 21EXAMPLE 21

MALDI-Massenspektrometrie von RNA-Endonuklease-SpaltungenMALDI mass spectrometry of RNA endonuclease cleavage

MATERIALIENMATERIALS

Synthetische RNA-Proben (Probe A: 5'-UCCGGUCUGAUGAGUCCGUGAGGAC-3' (SEQ ID Nr. 62); Probe B: 5'-GUCACUACAGGUGAGCUCCA-3' (SEQ ID Nr. 63) Probe C: 5'-CCAUGCGAGAGUAAGUAGUA-3' (SEQ ID Nr. 64)) wurden von DNA-Technology (Aahus, Dänemark) erhalten und auf einem denaturierenden Polyacrylamid-Gel gereinigt (Shaler, T. A. et al. (1996), Anal. Chem. 63:576–579). Die RNasen T1 (Eurogentec), U2 (Calbiochem), A (Boehringer-Mannheim) und PhyM (Pharmacia) wurden ohne zusätzliche Reinigung verwendet. Streptavidinbeschichtete Magnet-Perlen (Dynabeads M-280 Streptavidin, Dynal) wurden als Suspension von 6–7 × 108 Perlen/ml (10 mg/ml), gelöst in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) mit 0,1% BSA und 0,02% NaN3 bereitgestellt. 3-Hydroxypicolinsäure (3-HPA) (Aldrich) wurde durch einen gesonderten Entsalzungsschritt vor der Verwendung gereinigt, wie an anderer Stelle ausführlicher beschrieben ist (Little, D. P. et al. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:2318–2322).Synthetic RNA samples (Sample A: 5'-UCCGGUCUGAUGAGUCCGUGAGGAC-3 '(SEQ ID NO: 62); Sample B: 5'-GUCACUACAGGUGAGCUCCA-3' (SEQ ID NO: 63) Sample C: 5'-CCAUGCGAGAGUAAGUAGUA-3 ' (SEQ ID NO: 64)) were obtained from DNA Technology (Aahus, Denmark) and denatured Purified polyacrylamide gel (Shaler, TA et al., (1996) Anal. Chem. 63: 576-579). RNases T 1 (Eurogentec), U 2 (Calbiochem), A (Boehringer-Mannheim) and PhyM (Pharmacia) were used without additional purification. Streptavidin-coated magnetic beads (Dynabeads M-280 streptavidin, Dynal) were suspended as a suspension of 6-7 x 10 8 beads / ml (10 mg / ml) dissolved in phosphate buffered saline (PBS) containing 0.1% BSA and 0.02 % NaN 3 provided. 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA) (Aldrich) was purified by a separate desalting step prior to use, as described in more detail elsewhere (Little, DP et al., (1995) Proc Natl Acad Sci., USA 92: 2318 -2322).

METHODENMETHODS

In vitro-Transkriptionsreaktion. Das 5'-biotinylierte 49 nt in-vitro-Iranskript (SEQ ID Nr. 65):
AGGCCUGCGGCAAGACGGAAAGACCAUGGUCCCUNAUCUGCCGCAGGAUC wurde durch Transkription des Plasmids pUTMS2 (linearisiert mit dem Restriktionsenzym BamHI) mit T7-RNA-Polymerase (Promega) hergestellt. Für die Transkriptionsreaktion wurden 3 μl Matrizen-DNA und 50 E T7-RNA-Polymerase in einem 50 μl-Volumen aus 1 E/μl RNA-Guard (Rnax-Inhibitor, Pharmacia), 0,5 mM dNTPs, 1,0 mM 5'-Biotin-ApG-Dinukleotid, 40 mM Tris-HCl (pH 8,0), 6 mM MgCl2, 2 mM Spermidin und 10 mM DTT eingesetzt. Die Inkubation erfolgte 1 Stunde bei 37°C, dann wurde ein weiteres Aliquot von 50 Einheiten T7-RNA-Polymerase zugegeben, und die Inkubation wurde eine weitere Stunde lang fortgesetzt. Das Gemisch wurde auf 2 M NH4-Acetat eingestellt, und die RNA wurde durch Zugabe eines Volumens Ethanol und eines Volumens Isopropanol gefällt. Die präzipitierte DNA wurde durch 9-minütige Zentrifugation bei 20.000 × g und 4°C gewonnen, das Sediment wurde mit 70%-igem Ethanol gewaschen, getrocknet und bei 8M Harnstoff erneut gelöst. Die weitere Reinigung erfolgte durch Elektrophorese durch ein denaturierendes Polyacrylamid-Gel, wie an anderer Stelle beschrieben (Shaler, T. A. et al. (1996) Anal. Chem. 68:576–579). Das Verhältnis von 5'-biotinylierten zu nicht-biotinylierten Iranskripten betrug etwa 3:1.
In vitro transcription reaction. The 5'-biotinylated 49 nt in vitro transcript (SEQ ID NO: 65):
AGGCCUGCGGCAAGACGGAAAGACCAUGGUCCCUNAUCUGCCGCAGGAUC was prepared by transcription of the plasmid pUTMS2 (linearized with the restriction enzyme BamHI) with T7 RNA polymerase (Promega). For the transcription reaction, 3 μl template DNA and 50 μl T7 RNA polymerase were added in a 50 μl volume of 1 U / μl RNA Guard (Rnax inhibitor, Pharmacia), 0.5 mM dNTPs, 1.0 mM 5 -Biotin-ApG dinucleotide, 40 mM Tris-HCl (pH 8.0), 6 mM MgCl 2 , 2 mM spermidine and 10 mM DTT. Incubation was at 37 ° C for 1 hour, then another aliquot of 50 units of T7 RNA polymerase was added and incubation continued for an additional 1 hour. The mixture was adjusted to 2 M NH 4 acetate and the RNA was precipitated by adding one volume of ethanol and one volume of isopropanol. The precipitated DNA was recovered by centrifugation at 20,000 xg for 9 minutes at 4 ° C, the sediment was washed with 70% ethanol, dried and redissolved in 8M urea. Further purification was by electrophoresis through a denaturing polyacrylamide gel as described elsewhere (Shaler, TA et al., (1996) Anal. Chem. 68: 576-579). The ratio of 5'-biotinylated to non-biotinylated transcripts was about 3: 1.

Ribonuklease-Test. Für den teilweisen Verdau mit ausgewählten RNasen wurden unterschiedliche Enzymkonzentrationen und Testbedingungen wie in Tabelle VII zusammengefasst eingesetzt. Die Lösungsmittel für jedes Enzym wurden gemäß den Herstellerangaben ausgewählt. Die Konzentrationen der synthetischen RNA-Proben und des in-vitro-Iranskripts wurden auf 5–10 × 10–6 M eingestellt. TABELLE VII Übersicht und Testbedingungen der RNasen RNase Quelle Konzentration [Einheiten Rnase/μg RNA] Bedingungen Inkubationszeit (max. Anzahl Fragmente) Literaturstellen T1 Aspergillus oryzae 0,2 20 mM Tris-HCl, pH 5,7, 37°C 5 min Danis-Keller, H. et al. (1977), Nucl. Acids Res. 4:2527–2537 U2 Ustilago Sphaerogena 0,01 20 mM DAC, pH 5,0, 50°C 15 min Danis-Keller, H. et al. (1977), Nucl. Acids Res. 4:2527–2537 PhyM Physarum polycephalum 20 20 mM DAC, pH 5,0, 50°C 15 min Danis-Keller, H. et al. (1980), Nucl. Acids Res. 8:3133–3142 A Rinder-pankreas 4 × 10–9 10mM Tris-HCl, pH 7,5, 37°C 30 min Breslow, R. und R. Xu. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90:1201–1207 CL3 Hühnerleber 0,01 10mM Tris-HCl, pH 6,5, 37°C 30 min Boguski et al. (1980), J. Biol. Chem. 255:2160–2163 Cusativin Cucumis sativus L. 0,05 ng 10mM Tris-HCl, pH 6,5, 37°C 30 min Rojo, M. A. et al. (1994) Plants 194:328–338 Ribonuclease test. For the partial digestion with selected RNases different enzyme concentrations and test conditions were used as summarized in Table VII. The solvents for each enzyme were selected according to the manufacturer's instructions. The concentrations of the synthetic RNA samples and the in vitro transcript were adjusted to 5-10 x 10 -6 M. TABLE VII Overview and Test Conditions of RNases RNase source Concentration [Units Rnase / μg RNA] conditions Incubation time (maximum number of fragments) references T 1 Aspergillus oryzae 0.2 20mM Tris-HCl, pH 5.7, 37 ° C 5 min Danis-Keller, H. et al. (1977), Nucl. Acids Res. 4: 2527-2537 U 2 Ustilago Sphaerogena 0.01 20mM DAC, pH 5.0, 50 ° C 15 minutes Danis-Keller, H. et al. (1977), Nucl. Acids Res. 4: 2527-2537 PhyM Physarum polycephalum 20 20mM DAC, pH 5.0, 50 ° C 15 minutes Danis-Keller, H. et al. (1980), Nucl. Acids Res. 8: 3133-3142 A Bovine pancreas 4 × 10 -9 10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 37 ° C 30 min Breslow, R. and R. Xu. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 1201-1207 CL 3 chicken liver 0.01 10 mM Tris-HCl, pH 6.5, 37 ° C 30 min Boguski et al. (1980) J. Biol. Chem. 255: 2160-2163 cusativin Cucumis sativus L. 0.05 ng 10 mM Tris-HCl, pH 6.5, 37 ° C 30 min Rojo, MA et al. (1994) Plants 194: 328-338

Die Reaktion wurde zu ausgewählten Zeiten gestoppt, indem 0,6 μl-Aliquote des Tests mit 1,5 μl 3-HPA-Lösung vermischt wurden. Das Lösungsmittel wurde anschließend in einem kalten Luftstrom für die MALDI-MS-Analyse verdampft.The Reaction became too selected Times stopped by 0.6 μl aliquots of the test mixed with 1.5 μl of 3-HPA solution were. The solvent was subsequently in a cold air stream for the MALDI-MS analysis evaporates.

Es wurde eine eingeschränkte alkalische Hydrolyse durchgeführt, indem gleiche Volumina (2,0 μl) 25%-iges Ammoniumhydroxid und RNA-Probe (5–10 × 10–6M) bei 60°C vermischt wurden. Zu bestimmten Zeiten wurden 1 μl-Aliquote entnommen und in einem kalten Luftstrom getrocknet. Es stellte sich heraus, dass es für diese Proben wichtig ist, zuerst die Spaltprodukte in einem kalten Luftstrom zu trocknen, bevor 1,5 μl der Matrix-Lösung und 0,7 μl NH4 +-beladene kationengetauschte Polymerperlen zugegeben wurden.Limited alkaline hydrolysis was performed by mixing equal volumes (2.0 μl) of 25% ammonium hydroxide and RNA sample (5-10 x 10 -6 M) at 60 ° C. At certain times, 1 μl aliquots were removed and dried in a cold air stream. It has been found that it is important for these samples to first dry the cleavage products in a cold air stream before adding 1.5 μl of the matrix solution and 0.7 μl of NH 4 + -loaded cation-exchanged polymer beads.

Die Reaktion wurde zu ausgewählten Zeiten gestoppt, indem 0,6 μl-Aliquote des Tests mit 1,5 μl 3HPA-Lösung vermischt wurden. Das Lösungsmittel wurde anschließend in einem kalten Luftstrom für die MALDI-MS-Analyse verdampft.The Reaction became too selected Times stopped by 0.6 μl aliquots of the test mixed with 1.5 μl 3HPA solution were. The solvent was subsequently in a cold air stream for the MALDI-MS analysis evaporates.

Es wurde eine begrenzte alkalische Hydrolyse durchgeführt, indem gleiche Volumina (2,0 μl) an 25%-igem Ammoniumhydroxid und RNA-Probe (5–10 × 10–6 M) bei 60°C vermischt wurden. Zu bestimmten Zeiten wurden 1 μl-Aliguote entnommen und in einem kalten Luftstrom getrocknet. Es stellte sich heraus, dass es für diese Proben wichtig ist, zuerst die Spaltprodukte in einem kalten Luftstrom zu trocken, bevor 1,5 μl der Matrix-Lösung und 0,7 μl einer Suspension von NH4 +-beladenen kationengetauschten Polymerperlen zugegeben wurden.Limited alkaline hydrolysis was performed by mixing equal volumes (2.0 μl) of 25% ammonium hydroxide and RNA sample (5-10 x 10 -6 M) at 60 ° C. At certain times, 1 μl aliquots were removed and dried in a cold air stream. It turned out that it is important for these samples to first dry the cleavage products in a cold air stream before 1.5 μl of the Matrix solution and 0.7 ul of a suspension of NH 4 + -loaded cation-exchanged polymer beads were added.

Abtrennung der 5'-biotinylierten Fragmente. Streptavidin-beschichtete Magnetperlen wurden verwendet, um 5'-biotinylierte Fragmente des in vitro Trankriptes nach partiellem RNase-Verdau abzutrennen. Die Biotin-Einheit in der Probe wurde während der Transkriptionsreaktion eingebracht, die durch das 5'-Biotin-pApG-Dinukleotid gestartet wurde. Vor dem Gebrauch wurden die Perlen zweimal mit 2 × Bindungs- und Waschpuffer (b&w) (20 mM Tris-HCl, 2 mM EDTA, 2 M NaCl, pH 8,2) gewaschen und bei 10 mg/ml in 2 × b&w-Puffer resuspendiert. Etwa 25 pMol des in vitro RNA-Transkriptes wurden mit RNase U2 gemäß dem vorstehend beschriebenen Protokoll gespalten. Die Spaltung wurde durch Zugabe von 3 μl 95%-igem Formamid, das 10 mM trans-1,2-Diaminocyclohexan-N,N,N',N'-tetraessigsäure (CDTA) enthielt, bei 90°C für 5 mm, und anschließendes Kühlen auf Eis, beendet. Anschließend wurde das Einfangen der biotinylierten Fragmente durch 15-minütige Inkubation von 6 μl des Verdaus mit 6 μl der Perlensuspensien und 3 μl des b&w-Puffers bei Raumtemperatur erzielt. Bei einer gegebenen Bindungskapazität der Perlen von 200 pMol biotinyliertem Oligonukleotid pro mg Perlen, wie vom Hersteller angegeben, wurde ein fast 2-facher Überschuss an Oligonukleotid verwendet, damit eine vollständige Beladung der Perlen gewährleistet war. Der Überstand wurde entfernt, und die Perlen wurden zweimal mit 6 μl H2O gewaschen. Das CDTA und 95%-iges Formamid bei 90°C für 5 min. Nach Verdampfen des Lösungsmittels und des Formamids wurden ≤2,5 pMol der Fragmente in 2 μl H2O resuspendiert und wie vorstehend beschrieben durch MALDI-MS untersucht.Separation of the 5'-biotinylated fragments. Streptavidin-coated magnetic beads were used to separate 5'-biotinylated fragments of the in vitro transcript after partial RNase digestion. The biotin moiety in the sample was introduced during the transcription reaction started by the 5'-biotin pApG dinucleotide. Before use, the beads were washed twice with 2X binding and washing buffer (b & w) (20mM Tris-HCl, 2mM EDTA, 2M NaCl, pH 8.2) and 10mg / ml in 2x b & w buffer resuspended. About 25 pmol of the in vitro RNA transcript was cleaved with RNase U2 according to the protocol described above. Cleavage was performed by adding 3 μl of 95% formamide containing 10 mM trans-1,2-diaminocyclohexane-N, N, N ', N'-tetraacetic acid (CDTA) at 90 ° C for 5 mm, and subsequent cooling on ice, finished. Subsequently, capture of the biotinylated fragments was achieved by incubation of 6 μl of the digest with 6 μl of the bead suspensions and 3 μl of the b & w buffer at room temperature for 15 minutes. Given a binding capacity of the beads of 200 pmol of biotinylated oligonucleotide per mg of beads as indicated by the manufacturer, a nearly 2-fold excess of oligonucleotide was used to ensure complete loading of the beads. The supernatant was removed and the beads were washed twice with 6 μl H 2 O. The CDTA and 95% formamide at 90 ° C for 5 min. After evaporation of the solvent and formamide, ≤ 2.5 pmoles of the fragments were resuspended in 2 μl H 2 O and assayed by MALDI-MS as described above.

Proben-Präparation für MALDI-MS. 3-Hydroxypicolinsäure (3-HPA) wurde in ultrareinem Wasser in einer Konzentration von etwa 300 mM gelöst. Metallkationen wurden, wie vorstehend ausführlich beschrieben, gegen NH4 + ausgetauscht (Little, D. P. et al. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:2318–2322). Aliquote von 0,6 μl der Analyt-Lösung wurden mit 1,5 μl 3-HPA auf einem flachen inerten Metallsubstrat gemischt. Die verbliebenen Alkalikationen, die in der Probenlösung sowie auf der Substratoberfläche vorhanden waren, wurden durch Zugabe von 0,7 μl der Lösung NH4 +-beladener Kationenaustausch-Polymerperlen entfernt. Während der Verdampfung des Lösungsmittels sammelten sich die Perlen in der Mitte des Präparates an, wurden nicht für die Analyse verwendet und wurden leicht mit einer Pipettenspitze entfernt.Sample preparation for MALDI-MS. 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA) was dissolved in ultrapure water at a concentration of about 300 mM. Metal cations were exchanged for NH 4 + as described in detail above (Little, DP et al., (1995) Proc Natl Acad Sci., USA 92: 2318-2322). Aliquots of 0.6 μl of the analyte solution were mixed with 1.5 μl of 3-HPA on a flat inert metal substrate. The remaining alkali cations present in the sample solution as well as on the substrate surface were removed by the addition of 0.7 μl of the solution of NH 4 + -loaded cation exchange polymer beads. During evaporation of the solvent, the beads accumulated in the center of the preparation, were not used for analysis, and were easily removed with a pipette tip.

Gerät. Ein Prototyp des Vision 2000 (ThermoBioanalysis, Hemel, Hempstead UK)-Reflektron-Flugzeit-Massenspektrometers wurde für die Massenspektrometrie eingesetzt. Ionen wurden durch Bestrahlung mit einem Dreifach-Frequenz-ND:YAG-Laser (355 nm, 5 ns; Spektrum GmbH, Berlin, Deutschland) erzeugt und auf 10 keV beschleunigt. Eine verzögerte Ionenextraktion wurde zur Aufnahme der gezeigten Spektren eingesetzt, da sich herausstellte, dass dadurch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis und/oder die Signalintensität wesentlich verstärkt wurde. Die Äquivalent-Flugstreckenlänge des Systems beträgt 1,7 m, der Basisdruck beträgt 10–4 Pa. Die Ionen wurden mit einem gesonderten Sekundär-Elektronen-Dynoden-Multiplier (R 2362, Hamamatsu Photonics), ausgestattet mit einer Umwandlungs-Dynode für effektiven Nachweis von Ionen hoher Masse, nachgewiesen. Die gesamte Stoßenergie der Ionen an der Umwandlungs-Dynode wurde abhängig von der nachzuweisenden Masse auf Werte im Bereich von 16 bis 25 keV eingestellt. Das voramplifizierte Ausgangssignal der SEM wurde mit einem LeCroy 9450 Transient-Recorder (LeCroy, Chestnut Ridge, NY, USA) mit einer Abfragefrequenz von bis zu 400 MHz digitalisiert. Für die Aufbewahrung und weitere Bewertung wurden die Daten in einen PC übertragen, der mit eigens angefertigter Software (ULISSES) ausgerüstet war. Alle gezeigten Spektren wurden im Positiv-Ionen-Modus aufgenommen. Zwischen 20 und 30 Einzelspektren wurden für jedes Spektrum gemittelt.Device. A prototype of the Vision 2000 (ThermoBioanalysis, Hemel, Hempstead UK) reflectron time-of-flight mass spectrometer was used for mass spectrometry. Ions were generated by irradiation with a triple-frequency ND: YAG laser (355 nm, 5 ns, Spektrum GmbH, Berlin, Germany) and accelerated to 10 keV. Delayed ion extraction was used to record the spectra shown, as it was found that this significantly enhanced the signal-to-noise ratio and / or signal intensity. The equivalent flight path length of the system is 1.7 m, the base pressure is 10 -4 Pa. The ions were detected with a separate secondary electron dynode multiplier (R 2362, Hamamatsu Photonics) equipped with a conversion dynode for effective detection of high mass ions. The total impact energy of the ions on the conversion dynode was adjusted to values in the range of 16 to 25 keV depending on the mass to be detected. The pre-amplified output of the SEM was digitized with a LeCroy 9450 transient recorder (LeCroy, Chestnut Ridge, NY, USA) at a sampling frequency of up to 400 MHz. For storage and further evaluation, the data was transferred to a PC equipped with specially prepared software (ULISSES). All spectra shown were taken in positive ion mode. Between 20 and 30 single spectra were averaged for each spectrum.

ERGEBNISSERESULTS

Spezifität der RNasen. Für die Kombination basenspezifischer RNA-Spaltung mit MALDI-MS sind Reaktionsbedingungen erforderlich, die so optimiert sind, dass die Aktivität und Spezifität der ausgewählten Enzyme einerseits erhalten bleiben und sich andererseits nach den Rahmenbedingungen für MAlDI richten. Vorwiegend führt dies zu einer Inkompatibilität, da die Alkaliionen-Puffer, die üblicherweise in der beschriebenen Reaktion verwendet werden, wie etwa Na-Phosphat, Na-Citrat oder Na-Acetat sowie EDTA die MALDI-Probenpräparation beeinträchtigen; sie stören vermutlich die Matrix-Kristallisation und/oder den Analyten-Einbau. Tris-HCl oder Ammoniumsalz-Puffer sind dagegen MALDI-kompatibel (Shaler, T. A. et al. (1996) Anal. Chem. 68:576–579). Alkalische Salze in der Probe bewirken außerdem die Bildung eines heterogenen Gemisches von mehrfachen Analytsalzen, ein Problem, das mit steigender Anzahl der Phosphatgruppen zunimmt. Diese Gemische führen zu einem Verlust an Massenauflösung und Genauigkeit sowie zu einem schlechteren Signal-zu-Rausch-Verhältnis (Little, D. P. et al. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:2315–2322; Nordhoff E., Cramer, R., Karas, M., Hillenkamp, F., Kirpekar, F., Kristiansen, K. und Roepstorff, P. (1993), Nucleic Acids Res. 21:3347–3357). Die RNase-Verdaus erfolgten daher unter Bedingungen, die im Vergleich zu den in der Literatur beschriebenen Bedingungen etwas modifiziert sind. Diese sind in der vorstehenden Tabelle VII zusammengefasst. Für RNase T1, A, CL3 und Cusativin wurde Tris-HCl (pH 6–7,5) als Puffer verwendet. 20 mM DAC liefert einen pH-Wert von 5, der für eine maximale Aktivität der RNasen U2 und PhyM empfohlen wird. Es hat sich herausgestellt, dass eine Konzentration dieser Verbindungen von 10–20 mM die MALDI-Analyse nicht signifikant beeinträchtigt. Um die Spezifität der ausgewählten Ribonukleasen unter diesen Bedingungen zu untersuchen, wurden drei synthetische 20–25-mer RNA-Moleküle mit unterschiedlichen Nukleotid-Sequenzen verdaut.Specificity of RNases. For the combination of base-specific RNA cleavage with MALDI-MS, reaction conditions are required that are optimized in such a way that the activity and specificity of the selected enzymes are retained on the one hand, while being guided by the general conditions for MAIDs on the other hand. Predominantly, this leads to incompatibility since the alkali ion buffers commonly used in the described reaction, such as Na phosphate, Na citrate or Na acetate, and EDTA interfere with MALDI sample preparation; they probably interfere with matrix crystallization and / or analyte incorporation. Tris-HCl or ammonium salt buffer, on the other hand, are MALDI compatible (Shaler, TA et al., (1996) Anal. Chem. 68: 576-579). Alkaline salts in the sample also cause the formation of a heterogeneous mixture of multiple analyte salts, a problem that increases with increasing number of phosphate groups. These mixtures result in a loss of mass resolution and accuracy as well as a poorer signal-to-noise ratio (Little, DP et al., (1995) Proc. Natl. Acad Sci., USA 92: 2315-2322; Nordhoff E., Cramer, R., Karas, M., Hillenkamp, F., Kirpekar, F., Kristiansen, K. and Roepstorff, P. (1993), Nucleic Acids Res. 21: 3347-3357). The RNase digestions were therefore carried out under conditions that compared to those in the litera conditions are somewhat modified. These are summarized in Table VII above. For RNase T 1 , A, CL 3 and Cusativin Tris-HCl (pH 6-7.5) was used as buffer. 20 mM DAC provides a pH of 5, which is recommended for maximal activity of RNases U2 and PhyM. It has been found that a concentration of these compounds of 10-20 mM does not significantly affect the MALDI analysis. To investigate the specificity of the selected ribonucleases under these conditions, three synthetic 20-25 mer RNA molecules with different nucleotide sequences were digested.

Die MALDI-MS-Spektren der 77 zeigen fünf unterschiedliche Spaltungsmuster (A–E) einer 25 nt RNA, die nach teilweisem Verdau mit den RNasen T1, U2, PhyM, A und alkalischer Hydrolyse erhalten wurden. Diese Spektren wurden von Aliquoten aufgenommen, die vom Test nach empirisch ermittelten Inkubationszeiten entnommen wurden, die so gewählt wurden, dass die Sequenz optimal abgedeckt war. Da die resultierenden Proben nicht vor der Massenspektrometrie-Analyse fraktioniert wurden, enthielten sie sämtliche Fragmente, die zu diesem Zeitpunkt von den entsprechenden RNasen erzeugt wurden. In der Praxis lässt sich die Einheitlichkeit der Spaltungen durch einen bevorzugten Angriff auf spezifische Phosphodiester-Bindungen beeinflussen (Donis-Keller, H., Maxam, A. M. und Gilbert, W. (1977), Nucleic Acids Res. 4:1951–1978; Donis-Keller, H. (1980), Nucleic Acids Res. 8:3133–3124). Die Mehrheit der erwarteten Fragmente wird tatsächlich in den Spektren beobachtet. Es ist ebenfalls bemerkenswert, dass für die Reaktionsprotokolle, die verwendet wurden, eine korrekte Zuordnung aller Fragmentmassen nur dann möglich ist, wenn man eine 2',3'-cyclische Phosphatgruppe annimmt. Es ist gut bekannt, dass solche zyklischen Phosphate Zwischenprodukte der Spaltungsreaktion sind und in einem zweiten unabhängigen und langsameren Reaktionsschritt, an dem das Enzym beteiligt ist, hydrolysiert werden (Richards, F. M. und Wycoff, H. W. in The Enzymes Bd. 4, 3. Aufl. (Hrsg. Boyer, P. D.) 746–806 (1971, Academic Press, New York); Heinemann, U. und W. Saenger (1985) Pure Appl. Chem. 57:417–422; Ikehara, M. et al. (1987), Pure Appl. Chem. 59:965–968; Vreslow, R. und Xu, R. (1993), Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90:1201–1207). In einigen Fällen besitzen unterschiedliche Fragmente gleiche Massen oder unterscheiden sich nur um 1 Dalton. In diesen Fällen können die Massenpeaks nicht eindeutig dem einen oder anderen Fragment zugeordnet werden. Daher wurde der Verdau von zwei zusätzlichen unterschiedlichen 20 nt RNA-Proben durchgeführt (Hahner, S., Kirpekar, F., Nordoff, E., Kristiansen, K., Roepstorff P. und Hillenkamp, F., (1996) Proceedings of the 44th ASMS Conference an Mass Spectrometry, Portland, Oregon), um diese Zweifel auszuräumen. Für sämtliche untersuchten Proben scheinen die ausgewählten Ribonukleasen ausschließlich an den bestimmten Nukleotiden zu spalten, die zu Fragmenten führen, die von Einzel- sowie Mehrfach-Spaltungen herrühren.The MALDI-MS spectra of 77 show five different cleavage patterns (A-E) of a 25 nt RNA, which were obtained after partial digestion with the RNases T 1 , U 2 , PhyM, A and alkaline hydrolysis. These spectra were recorded from aliquots taken from the assay after empirically determined incubation times that were chosen to optimally cover the sequence. Since the resulting samples were not fractionated prior to mass spectrometry analysis, they contained all fragments generated at this time by the corresponding RNases. In practice, the uniformity of the cleavages can be influenced by preferential attack on specific phosphodiester bonds (Donis-Keller, H., Maxam, AM and Gilbert, W. (1977), Nucleic Acids Res. 4: 1951-1978; Donis Cell, H. (1980), Nucleic Acids Res. 8: 3133-3124). The majority of the expected fragments are actually observed in the spectra. It is also noteworthy that for the reaction protocols that have been used, correct assignment of all fragment masses is possible only if one assumes a 2 ', 3'-cyclic phosphate group. It is well known that such cyclic phosphates are intermediates of the cleavage reaction and are hydrolyzed in a second independent and slower reaction step involving the enzyme (Richards, FM and Wycoff, HW in The Enzymes Vol. 4, 3rd ed. (Boyer, PD) 746-806 (1971, Academic Press, New York), Heinemann, U. and W. Saenger (1985) Pure Appl Chem 57: 417-422, Ikehara, M. et al. 1987), Pure Appl Chem 59: 965-968, Vreslow, R. and Xu, R. (1993), Proc Natl Acad Sci USA 90: 1201-1207). In some cases, different fragments have equal masses or differ only by 1 dalton. In these cases, the mass peaks can not be uniquely assigned to one or the other fragment. Therefore, digestion of two additional different 20 nt RNA samples was performed (Hahner, S., Kirpekar, F., Nordoff, E., Kristiansen, K., Roepstorff P. and Hillenkamp, F., (1996) Proceedings of the 44 th ASMS Conference on Mass Spectrometry, Portland, Oregon) to dispel these doubts. For all the samples tested, the selected ribonucleases appear to cleave exclusively at the particular nucleotides resulting in fragments resulting from single and multiple cleavages.

In 77 sind diejenigen Peaks, welche Fragmente mit dem ursprünglichen 5`-Terminus anzeigen, mit Pfeilen markiert. Sämtlichen nicht-markierten Peaks können interne Sequenzen oder solche mit zurückbleibendem 3'-Terminus zugeordnet werden. Für eine vollständige Sequenz würden alle möglichen Fragmente, die ausschließlich entweder den 5'- oder 3'-Terminus der ursprünglichen RNA tragen, ausreichen. In der Praxis sind die 5'-Fragmente besser für diesen Zweck geeignet, da die Spektren, die nach der Inkubation aller drei synthetischen RNA-Proben erhalten wurden, fast den gesamten Satz der ursprünglichen 5'-Ionen für alle unterschiedlichen RNasen enthalten (Hahner, S., Kirpekar, F., Nordoff E., Kristiansen, K., Roepstorff und Hillenkamp, F. (1996) Proceedings of the 44th ASMS Conference an Mass Spectrometry, Portland, Oregon). Innere Fragmente sind etwas weniger häufig und Fragmente, die den ursprünglichen 3'-Terminus enthalten, scheinen in den Spektren unterdrückt zu sein. In Übereinstimmung mit den in der Literatur beschriebenen Beobachtungen (Gupta, R. C. und Randerath, K. (1977) Nucleic Acids Res. 4:1957–1978) wurden die Spaltungen nahe am 3'-Terminus in teilweisen Verdaus des RNA-25-mers durch RNase T1 und U2 teilweise unterdrückt (sogar wenn sie sich innen befinden oder den ursprünglichen 5'-Terminus aufweisen). Fragmente aus diesen Spaltungen erscheinen in den Massenspektren als schwache und schlecht aufgelöste Signale.In 77 For example, those peaks that indicate fragments with the original 5 'terminus are marked with arrows. All non-labeled peaks can be assigned internal sequences or those with remaining 3'-terminus. For a complete sequence, all possible fragments carrying exclusively either the 5 'or 3' terminus of the original RNA would suffice. In practice, the 5 'fragments are better suited for this purpose, as the spectra obtained after incubation of all three synthetic RNA samples contain almost the entire set of original 5' ions for all different RNases (Hahner, et al. S., Kirpekar, F., Nordoff E., Kristiansen, K., Roepstorff and Hillenkamp, F. (1996) Proceedings of the 44 th ASMS Conference at Mass Spectrometry, Portland, Oregon). Inner fragments are slightly less abundant and fragments containing the original 3'-terminus appear to be suppressed in the spectra. In accordance with the observations described in the literature (Gupta, RC and Randerath, K. (1977) Nucleic Acids Res. 4: 1957-1978), cleavages close to the 3 'terminus were performed in partial digests of the RNA-25mer RNase T 1 and U 2 are partially suppressed (even if they are inside or have the original 5 'terminus). Fragments from these cleavages appear in the mass spectra as weak and poorly resolved signals.

Bei größeren RNA-Molekülen ist bekannt, dass die Sekundärstruktur die Gleichmäßigkeit der enzymatischen Spaltungen beeinflusst (Donis-Keller, H. Maxam, A. M. und Gilbert, W. (1977), Nucleic Acids Res. 8, 3133–3142). Dies lässt sich prinzipiell durch veränderte Reaktionsbedingungen bewältigen. In Testlösungen mit 5–7 M Harnstoff bleibt die Aktivität der RNasen, wie T2, U2, A, Cl3 und PhyM bekanntlich erhalten (Donis-Keller, H: Maxam, A. M. und Gilbert, W. (1977), Nucleic Acids Res. 4:2527–2537); Boguski, M. S. Hieter, P. A. und Levy, C. C (1980), J. Biol. Chem., 255:2160–2163; (Doni-Keller, H. (1980), Nucleic Acids Res. 8, 3133–3142), wobei die RNA ausreichend denaturiert wird. Die UV-MALDI-Analyse mit 3-HPA als Matrix ist bei so hohen Harnstoffkonzentrationen in der Probe nicht möglich. Die MALDI-Analyse der Proben war bis zu einer Konzentration von 2 M Harnstoff im Reaktionspuffer noch möglich, obwohl signifikante Änderungen in der Matrix-Kristallisation beobachtet wurden. Die Spektren des RNA-20-mers (Probe B), verdaut in Gegenwart von 2 M Harnstoff, ähnelten noch denjenigen, die unter den in Tabelle VII aufgeführten Bedingungen erhalten wurden.For larger RNA molecules, it is known that the secondary structure affects the uniformity of enzymatic cleavage (Donis-Keller, H. Maxam, AM and Gilbert, W. (1977), Nucleic Acids Res. 8, 3133-3142). This can be mastered in principle by changing reaction conditions. In the test solutions of 5-7 M urea, the activity of RNases, such as T 2, U 2, A, 3 and Cl PhyM condition known (Donis-Keller, H remains: Maxam, AM and Gilbert, W. (1977), Nucleic Acids Res. 4: 2527-2537); Boguski, MS Hieter, PA and Levy, C.C. (1980) J. Biol. Chem., 255: 2160-2163; (Doni-Keller, H. (1980), Nucleic Acids Res. 8, 3133-3142), where the RNA is sufficiently denatured. The UV-MALDI analysis with 3-HPA as a matrix is not possible at such high urea concentrations in the sample. The MALDI analysis of the samples was still possible up to a concentration of 2 M urea in the reaction buffer, although significant changes in matrix crystallization were observed. The spectra of the RNA-20mer (Sample B) digested in the presence of 2 M urea were still similar to those obtained under the conditions listed in Table VII.

Die Spaltung mit RNasen, die ausschließlich eine Nukleobase erkennen, ist zur Verringerung der Komplexität der Fragmentierungsmuster wünschenswert und erleichtert somit die Kartierung der entsprechenden Nukleobase. Die RNasen CL3 und Cursavitin sind Enzyme, von denen berichtet wurde, dass sie an Cytidylsäureresten spalten. Bei eingeschränktem RNase-CL3- und Cursativin-Verdau des RNA-20-mers (Probe B) unter nicht-denaturierenden Bedingungen wurden Fragmente, die den Spaltungen an den Cytidyl-Resten entsprechen, tatsächlich beobachtet (78). Dies entspricht etwa den bisher beschriebenen Daten (Boguski, M. S., Hieter, P. A. und Levy, C. C. (1980), J. Biol. Chem. 255:2160–2163; Rojo, M. A., Arias, F. L., Iglesias, R., Ferreras, J. M., Munoz, R., Escarmis, C., Soriano, F., Llopez-Fando, Mendez, E., und Girbes, T. (1994), Planta 194:328–338). Das Degradierungsmuster in 78 zeigt jedoch, dass nicht jeder Cytidinrest erkannt wird, insbesondere benachbarte C-Reste. Es wird ebenfalls beschrieben, dass RNase CL3 für den Einfluss der Sekundärstruktur empfindlich ist (Boguski, M. S., Mieter, P. A. und Levy, C. C. (1980), J. Biol. Chem. 255:2160–2163), jedoch sollte für RNA der in dieser Untersuchung eingesetzten Größe ein solcher Einfluss zu vernachlässigen sein. Daher können nicht erkannte Spaltungsstellen in diesem Fall auf ein Fehlen von Spezifität dieses Enzyms zurückgeführt werden. Zur Bestätigung dieser Daten wurde ein weiterer RNase CL3-Verdau mit dem RNA-20-mer (Probe C) durchgeführt. Als Ergebnis der Sequenz dieses Analyten wurden alle drei Verknüpfungen, die Cytidylsäure enthielten, leicht hydrolysiert, es wurden aber auch zusätzliche Spaltungen an Uridylsäureresten beobachtet. Da veränderte Reaktionsbedingungen, wie erhöhte Temperaturen (90°C), verschiedene Enzym-zu-Substrat-Verhältnisse und die Zugabe von 2 M Harnstoff keinen Verdau der erwarteten Spezifität bewirkten, wurde eine Anwendung dieses Enzyms zur Sequenzierung nicht weiter in Betracht gezogen. Die Einbringung einer neuen Cytidin-spezifischen Ribonuklease, Cusativin, isoliert aus trockenen Samen von Cucumis sativus L., sah für die RNA-Sequenzierung vielversprechend aus (Rojo, M. A., Arias, F. J., Iglesias, R., Ferraras, J. M., Munoz, R., Escarmis, C., Soriano, F., Llopez-Fando, J., Mendez, E., und Girbes, T. (1994), Planta 194:328–338). Wie in 78 gezeigt, wurde nicht jeder Cytidin-Rest hydrolysiert und zusätzliche Spaltungen traten bei der empfohlenen Enzymkonzentration an Uridylsäureresten auf. Die RNasen CL3 und Cusativin ergeben daher nicht die gewünschte Sequenzinformation für die Kartierung von Cytidinresten, und ihre Verwendung wurde nicht weiter in Betracht gezogen. Die Unterscheidung von Pyrimidinresten lässt sich jedoch unter Verwendung von RNasen mit mehrfachen Spezifitäten, wie Physarum polycephalum-RNase (spaltet ApN, UpN) und Pankreas-RNase A (spaltet UpN, CpN) bewerkstelligen (siehe 77). Alle 5'-terminalen Fragmente, die durch die monospezifische RNase U2 erzeugt wurden und im Spektrum der 77C erschienen, waren auch im Spektrum des RNase-PhyM-Verdaus (77D) erkennbar. Fünf der sechs Uridyl-Spaltungsstellen konnten auf diese Weise durch dieses indirekte Verfahren einheitlich identifiziert werden. In einem nächsten Schritt wurde die Kenntnis der Uridin-Spaltstellen verwendet, um die Spaltstellen der Cytidylsäurereste im Spektrum zu identifizieren, welches nach der Inkubation mit RNase A aufgenommen wurde (77E), wobei wiederum ausschließlich Ionen mit dem ursprünglichen 5'- Terminus verwendet wurden. Zwei der vier erwarteten Spaltstellen wurden auf diese Weise identifiziert. Einige Einschränkungen sind aus diesen Spektren ersichtlich, wenn nur die Fragmente, die den ursprünglichen 5'-Terminus enthalten, zur Sequenzbestimmung verwendet werden. Die ersten beiden Nukleotide entziehen sich gewöhnlich der Analyse, da ihre Signale im Niedrigmasse-Matrixhintergrund verloren gehen. Aus diesem Grund fehlen die entsprechenden Fragmente in den Spektren der U- und C-spezifischen Spaltungen. Große Fragmente mit Spaltungsstellen in der Nähe des 3'-Terminus sind, insbesondere bei einem Verdau mit den RNasen T1 und U2, aufgrund ihrer geringen Ausbeute (siehe oben) und des oft starken nahegelegenen Signals des unverdauten Transkriptes oft schwierig zu identifizieren. Dementsprechend tauchen die Spaltungen an Position 22 und 23 im Spektrum der G-spezifischen RNase T nicht auf (77A), und die Spaltstelle 24 kann nicht aus den Spektren der U2- und PhyM-Verdaus identifiziert werden (77 C und D). Die Stellen 16 und 17 mit zwei benachbarten Cytidylsäuren können im RNase-A Spektrum der 77E ebenfalls nicht bestimmt werden. Diese Beobachtungen zeigen, dass eine Bestimmung von ausschließlich 5'-Terminus-Fragmenten nicht immer ausreichen kann, und die in den inneren Fragmenten enthaltene Information für eine vollständige Sequenzanalyse notwendig sein kann.Cleavage with RNases that recognize only one nucleobase is desirable to reduce the complexity of fragmentation patterns and thus facilitate the mapping of the corresponding nucleobase. The RNases CL 3 and cursavitin are enzymes that have been reported to cleave at cytidic acid residues. With restricted RNase-CL 3 and cursive-in digestion of the RNA 20-mer (sample B) under non-denaturing conditions, fragments corresponding to the cleavages at the cytidyl residues were actually observed ( 78 ). This corresponds approximately to the data described so far (Boguski, MS, Hieter, PA and Levy, CC (1980), J. Biol. Chem. 255: 2160-2163; Rojo, MA, Arias, FL, Iglesias, R., Ferreras, JM, Munoz, R., Escarmis, C., Soriano, F., Llopez-Fando, Mendez, E., and Girbes, T. (1994), Planta 194: 328-338). The degradation pattern in 78 shows, however, that not every cytidine residue is recognized, especially adjacent C residues. It is also described that RNase CL 3 is sensitive to the influence of secondary structure (Boguski, MS, Mieter, PA and Levy, CC (1980), J. Biol. Chem. 255: 2160-2163), but for RNA the size used in this study would be such an influence to neglect. Therefore, unrecognized cleavage sites in this case can be attributed to a lack of specificity of this enzyme. To confirm these data, a further RNase CL was performed 3 -Verdau with the RNA 20-mer (Sample C). As a result of the sequence of this analyte, all three linkages containing cytidylic acid were readily hydrolyzed, but additional cleavage of uridylic acid residues was also observed. Since altered reaction conditions, such as elevated temperatures (90 ° C), different enzyme-to-substrate ratios, and the addition of 2 M urea did not cause digestion of the expected specificity, application of this enzyme for sequencing was not considered. The introduction of a novel cytidine-specific ribonuclease, Cusativin, isolated from dry seeds of Cucumis sativus L., looked promising for RNA sequencing (Rojo, MA, Arias, FJ, Iglesias, R., Ferraras, JM, Munoz, R , Escarmis, C., Soriano, F., Llopez-Fando, J., Mendez, E., and Girbes, T. (1994), Planta 194: 328-338). As in 78 Not all cytidine residues were hydrolyzed and additional cleavages occurred at the recommended enzyme concentration of uridyl acid residues. Therefore, the RNases CL 3 and Cusativin do not give the desired sequence information for the mapping of cytidine residues, and their use was not further considered. However, the discrimination of pyrimidine residues can be accomplished using RNases with multiple specificities, such as Physarum polycephalum RNase (cleaves ApN, UpN) and pancreatic RNase A (cleaves UpN, CpN) (see 77 ). All 5'-terminal fragments generated by the monospecific RNase U 2 and in the spectrum of 77C were also in the spectrum of RNase-PhyM digestion ( 77D ) recognizable. Five of the six uridyl cleavage sites could thus be uniformly identified by this indirect method. In a next step, the knowledge of the uridine cleavage sites was used to identify the cleavage sites of the cytidic acid residues in the spectrum, which was taken after incubation with RNase A ( 77E ), again using only ions with the original 5'-terminus. Two of the four expected cleavage sites were identified in this way. Some limitations are evident from these spectra when only the fragments containing the original 5 'terminus are used for sequence determination. The first two nucleotides usually evade analysis because their signals are lost in the low mass matrix background. For this reason, the corresponding fragments are absent in the spectra of U- and C-specific cleavages. Large fragments with cleavage sites near the 3'-terminus are often difficult to identify, especially when digested with the RNases T 1 and U 2 because of their low yield (see above) and the often strong nearby signal of the undigested transcript. Accordingly, the cleavages at position 22 and 23 do not appear in the spectrum of the G-specific RNase T ( 77A ) and cleavage site 24 can not be identified from the spectra of the U 2 and PhyM digests ( 77 C and D). Sites 16 and 17 with two adjacent cytidylic acids can be found in the RNase-A spectrum of 77E also can not be determined. These observations indicate that determination of exclusively 5 'terminus fragments may not always be sufficient, and that the information contained in the internal fragments may be necessary for complete sequence analysis.

Schließlich lieferte die eingeschränkte alkalische Hydrolyse ein Kontinuum von Fragmenten (77B), das zur Vervollständigung der Sequenzdaten verwendet werden kann. Das Spektrum wird wiederum von Fragment-Ionen beherrscht, die den 5'-Terminus enthalten, obwohl die Hydrolyse für alle Phosphodiester-Bindungen gleich sein sollte. Wie aus den enzymatischen Spaltungen hervorgeht, drängen korrekte Massenzuordnungen die Annahme auf, dass alle Fragmente ein 2',3'-zyklisches Phosphat aufweisen. Die Verteilung der Peaks ähnelt daher derjenigen, die nach einem 3'-Exonuklease-Verdau erhalten wird (Pieles, U., Zurcher, W., Schar, M. und Moser, H. E. (1993), Nucleic Acids Res. 21:3191–3196; Nordhoff, E. et al. (1993), Book of Abstracts, 13th Internat. Mass Spectrom. Conf. Budapest, S. 218; Kirpekar, F., Nordhoff, E., Kristiansen, K., Roepstorff, P., Lezius, A., Hahner, S., Karas, M. und Hillenkamp, F. (1994), Nucleic Acids Res. 22, 3866–3870). Grundsätzlich könnte die alkalische Hydrolyse allein daher für eine vollständige Sequenzierung verwendet werden. Dies ist jedoch nur für relativ kleine Oligoribonukleotide möglich, da größere Fragment-Ionen, die sich in der Masse nur um einige Masseneinheiten unterscheiden, in den Spektren nicht aufgelöst werden und die Masse größerer Ionen nicht mit der nötigen Genauigkeit von besser als 1 Da aufgelöst werden kann, selbst wenn die Peaks teilweise oder vollständig aufgelöst sind. Die Interpretation der Spektren insbesondere aus einem Verdau unbekannter RNA-Proben wird wesentlich vereinfacht, wenn nur die Fragmente, die den ursprünglichen 5'-Terminus enthalten, vor der massenspektrometrischen Analyse abgetrennt werden. Ein Verfahren für diesen Ansatz ist im nachstehenden Abschnitt beschrieben.Finally, limited alkaline hydrolysis provided a continuum of fragments ( 77B ) which can be used to complete the sequence data. Again, the spectrum is dominated by fragment ions containing the 5'-terminus, although the hydrolysis should be the same for all phosphodiester bonds. As can be seen from the enzymatic cleavages, correct mass assignments suggest that all fragments have a 2 ', 3'-cyclic phosphate. The distribution of the peaks is therefore similar to that obtained after a 3 'exonuclease digestion (Pieles, U., Zurcher, W., Schar, M. and Moser, HE (1993), Nucleic Acids Res. 21: 3191- 3196;.. Nordhoff, E. et al (1993), Book of Abstracts, 13 th Internat Conf Mass Spectrom Budapest, p 218;.. Kirpekar, F., Nordhoff, E., Kristiansen, K., Roepstorff, P , Lezius, A., Hahner, S., Karas, M. and Hillenkamp, F. (1994), Nucleic Acids Res. 22, 3866-3870). Basically, alkaline hydrolysis alone could therefore be used for complete sequencing. However, this is only possible for relatively small oligoribonucleotides, since larger fragment ions, which differ in mass only by a few mass units, are not resolved in the spectra the mass and mass of larger ions can not be resolved with the required accuracy of better than 1 Da, even if the peaks are partially or completely dissolved. The interpretation of the spectra, in particular from digestion of unknown RNA samples, is greatly simplified if only the fragments containing the original 5 'terminus are separated before mass spectrometric analysis. A procedure for this approach is described in the following section.

Trennung der 5'-biotinylierten Fragmente. Streptavidin-beschichtete Magnetperlen (Dynal) wurden auf die Extraktion von Fragmenten untersucht, die den ursprünglichen 5'- Terminus aus den Verdaus enthielten. Die Hauptmerkmale, die für diesen Festphasenansatz überprüft werden müssen, sind die selektive Immobilisierung und die effiziente Elution der biotinylierten Spezies. In vorausgehenden Experimenten wurden eine 5'-biotinylierte DNA (19 nt) und Streptavidin inkubiert und nach Standard-Präparation mittels MALDI analysiert. Trotz der hohen Affinität der Streptavidin-Biotin-Wechselwirkung wurde der intakte Komplex nicht in den MALDI-Spektren gefunden. Stattdessen wurden Signale der monomeren Untereinheit von Streptavidin und der biotinylierten DNA nachgewiesen. Es ist nicht bekannt, ob der Komplex in der sauren Matrixlösung (pKa 3) oder während des MALDI-Desorptionsverfahrens dissoziiert. Überraschenderweise werden die gleichen Ergebnisse nicht beobachtet, wenn Streptavidin auf einer festen Oberfläche, wie etwa Magnetperlen, immobilisiert wird. Ein Gemisch aus zwei 5'-biotinylierten DNA-Proben (19 nt und 27 nt) und zwei unmarkierten DNA-Sequenzen (12 nt und 22 nt) wurde mit den Perlen inkubiert. Die Perlen wurden extrahiert und vor der Inkubation in der 3-HPA-MALDI-Matrix sorgfältig gewaschen. Aus diesen Proben konnten keine Analytsignale erhalten werden. Zur Untersuchung, ob die biotinylierten Spezies an die Perlen gebunden hatten, wurde eine Elution der extrahierten und gewaschenen Perlen durchgeführt, indem in Gegenwart von 95% Formamid bei 90°C erhitzt wurde. Man erwartet, dass dieses Verfahren Streptavidin denaturiert, wodurch der Streptavidin/Biotin-Komplex aufbricht. 79B zeigt die erwarteten Signale der beiden biotinylierten Spezies, was beweist; dass die Loslösung der gebundenen Moleküle im MALDI-Verfahren das Problem ist und nicht die Bindung der Perlen; 79A zeigt ein Spektrum der gleichen Probe nach Standard-Präparation, welches Signale aller vier Analyten als Bezug zeigt. Eine vollständige Entfernung des Formamids nach der Elution und vor der Massenspektrometrie-Analyse wurde für wichtig befunden, ansonsten wird die Kristallisation der Matrix beeinträchtigt. Die Massenauflösung und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis im Spektrum der 79B sind mit denen des Vergleichsspektrums vergleichbar. Diese Ergebnisse bestätigen die Spezifität der Streptavidin-Biotin-Wechselwirkung, da keine oder nur geringe Signale des nicht-biotinylierten Analyten nach Inkubation mit den Dynal-Perlen nachgewiesen wurden. Eine verstärkte Unterdrückung der unspezifischen Bindung wurde durch Zugabe des Detergenzes Tween 20 zum Bindungspuffer beobachtet (Tong, X. und Smith, L. M (1992) Anal. Chem. 64, 2672–2677). Obwohl dieser Effekt in dieser Untersuchung bestätigt werden konnte, beeinflusste eine Peak-Verbreiterung die Qualität der Spektren aufgrund der übrig gebliebenen Menge Detergens. Die Notwendigkeit eines Elutionsschrittes als Voraussetzung für den Nachweis der gefangenen biotinylierten Spezies lässt sich auf einen Stabilisierungs-Effekt des Komplexes durch Immobilisierung des Streptavidins an die Magnetperlen zurückführen.Separation of the 5'-biotinylated fragments. Streptavidin-coated magnetic beads (Dynal) were screened for extraction of fragments containing the original 5'-terminus from the digests. The key features that need to be checked for this solid phase approach are the selective immobilization and efficient elution of the biotinylated species. In previous experiments, a 5'-biotinylated DNA (19 nt) and streptavidin were incubated and analyzed by standard preparation using MALDI. Despite the high affinity of the streptavidin-biotin interaction, the intact complex was not found in the MALDI spectra. Instead, signals of the monomeric subunit of streptavidin and the biotinylated DNA were detected. It is not known if the complex dissociates in the acid matrix solution (pKa 3) or during the MALDI desorption process. Surprisingly, the same results are not observed when streptavidin is immobilized on a solid surface such as magnetic beads. A mixture of two 5'-biotinylated DNA samples (19 nt and 27 nt) and two unlabeled DNA sequences (12 nt and 22 nt) was incubated with the beads. The beads were extracted and washed thoroughly before incubation in the 3-HPA-MALDI matrix. From these samples no analyte signals could be obtained. To examine whether the biotinylated species had bound to the beads, elution of the extracted and washed beads was performed by heating in the presence of 95% formamide at 90 ° C. This method is expected to denature streptavidin, breaking the streptavidin / biotin complex. 79B shows the expected signals of the two biotinylated species, which proves; that the detachment of the bound molecules in the MALDI process is the problem and not the binding of the beads; 79A shows a spectrum of the same sample according to standard preparation, which shows signals of all four analytes as a reference. Complete removal of the formamide after elution and prior to mass spectrometry analysis was found to be important, otherwise the crystallization of the matrix is impaired. The mass resolution and the signal-to-noise ratio in the spectrum of 79B are comparable to those of the comparative spectrum. These results confirm the specificity of the streptavidin-biotin interaction, as little or no signals of the non-biotinylated analyte were detected after incubation with the Dynal beads. Increased suppression of nonspecific binding was observed by addition of the detergent Tween 20 to the binding buffer (Tong, X. and Smith, L.M. (1992) Anal. Chem. 64, 2672-2677). Although this effect could be confirmed in this study, peak broadening affected the quality of the spectra due to the residual amount of detergent. The necessity of an elution step as a prerequisite for the detection of trapped biotinylated species can be attributed to a stabilizing effect of the complex by immobilization of the streptavidin to the magnetic beads.

Für die praktische Anwendung dieses Festphasenverfahrens zur Sequenzierung ist eine maximale Effizienz von Bindung und Elution der biotinylierten Spezies von herausragender Bedeutung. Unter einer Vielzahl von bisher untersuchten Bedingungen ergab die Zugabe von Salzen, wie EDTA, die besten Ergebnisse im Fall der DNA-Sequenzierung, indem der Puffer Ionenstärke erhielt (Tong, X. und Smith, L. M. (1992), Anal. Chem. 64, 2672–2677). Um einen solchen Effekt auf das Festphasenverfahren zu untersuchen, wurden mehrere Salzadditive auf die Bindung und Elution des 5'- biotinylierten RNA-in-vitro-Transkripts (49 nt) untersucht. Die Ergebnisse sind in 80 gezeigt. Die Beurteilung der relativen Intensität, des Signal-Rausch-Verhältnisses und der Auflösung der entsprechenden Signale ergab, dass eine 95%-ige Formamid-Lösung mit 10 mM CDTA (80D) für die Bindung/Elution am wirksamsten ist. Da CDTA als Chelator für zweiwertige Kationen fungiert, wird die Bildung einer korrekten Sekundär- und Tertiärstruktur der RNA verhindert. Eine verbesserte Empfindlichkeit und spektrale Auflösung ist unter diesen Bedingungen für die Analyse von RNA-Proben durch Elektronenspray-Massenspektrometrie gezeigt worden (Limbach, P. A., Crain, P. F. und McCloskey, J. A. (1995), J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 6, 27–39). Die Verbesserung der MALDI-Analyse ist tatsächlich nicht sehr signifikant, im Vergleich zu dem Spektrum, das für die Lösung, die nur Formamid enthält, erhalten wird (81b), jedoch wurde die Reproduzierbarkeit für Spektren guter Qualität für die CDTA/Formamid-Lösung wesentlich verbessert. Zusätzlich zur verbesserten Bindung/Elution kann dieses Additiv auch den Einbau des Analyten in die Matrixkristalle verbessern. Unglücklicherweise wurde auf der Hochmasse-Seite eine auffällige Signalverbreiterung bei Formamid-Lösungen beobachtet, die EDTA, CDTA oder 25% Ammoniumhydroxid enthielten. Da dieser Effekt mit 25% Ammoniumhydroxid am auffälligsten ist und dieses Mittel auch zum Einstellen des optimalen pH-Wertes bei EDTA und CDTA verwendet wurde, kann eine ausgeprägte NH3-Adduktionenbildung angenommen werden.For the practical application of this solid phase method of sequencing, maximum efficiency of binding and elution of the biotinylated species is of paramount importance. Among a variety of conditions studied so far, the addition of salts such as EDTA gave the best results in the case of DNA sequencing by giving the buffer ionic strength (Tong, X. and Smith, LM (1992), Anal. Chem. 2672-2677). To investigate such an effect on the solid phase method, several salt additives were tested for the binding and elution of the 5'-biotinylated RNA in vitro transcript (49 nt). The results are in 80 shown. Evaluation of the relative intensity, signal-to-noise ratio and resolution of the corresponding signals revealed that a 95% formamide solution containing 10 mM CDTA ( 80D ) is most effective for binding / elution. Since CDTA functions as a chelator for divalent cations, the formation of a correct secondary and tertiary structure of the RNA is prevented. Improved sensitivity and spectral resolution has been demonstrated under these conditions for the analysis of RNA samples by electron spray mass spectrometry (Limbach, PA, Crain, PF and McCloskey, JA (1995), J. Am. Soc. Mass. Spectrom , 27-39). In fact, the improvement in MALDI analysis is not very significant compared to the spectrum obtained for the solution containing only formamide ( 81b ), but the reproducibility for good quality spectra for the CDTA / formamide solution has been significantly improved. In addition to improved binding / elution, this additive can also enhance incorporation of the analyte into the matrix crystals. Unfortunately, striking signal broadening was observed on the high mass side with formamide solutions containing EDTA, CDTA or 25% ammonium hydroxide. Since this effect is most noticeable with 25% ammonium hydroxide and this agent was also used to adjust the optimal pH value in EDTA and CDTA, a strong NH 3 can be assumed -Adduktionenbildung.

Die Verwendbarkeit der Abtrennung mit Streptavidin-beschichteten Magnetperlen für die RNA-Sequenzierung wurde für die RNase U2-Spaltung des 5'-biotinylierten RNA-in-vitro-Transkripts (49 nt) gezeigt (81). Das gesamte Fragmentmuster, das nach Inkubation mit RNase 132 erhalten wurde, ist in Spektrum 81A gezeigt. Durch die Abtrennung der biotinylierten Fragmente wird die Komplexität des Spektrums verringert (81B), da nur 5'-terminale Fragmente von den Perlen gefangen werden. Die Signale im Spektrum sind verbreitert, und die erhöhte Anzahl der Signale im Niedrigmassenbereich zeigt, dass selbst nach stringentem Waschen der Perlen eine gewisse Menge Puffer und Detergenz, die zur Bindung und Elution verwendet werden, zurückbleibt. Weitere Verbesserungen des Verfahrens sind daher vonnöten Eine weitere mögliche Strategie zur Anwendung der Magnetperlen ist die Immobilisierung der Ziel-RNA vor der RNase-Spaltung durch Elution der übrig gebliebenen Fragmente zur weiteren Analyse. Die Spaltung der RNA war in diesem Fall behindert, wie durch eine verlängerte Reaktionszeit für die Spaltung unter ansonsten identischen Reaktionsbedingungen bewiesen wurde.The utility of streptavidin-coated magnetic beads separation for RNA sequencing was demonstrated for the RNase U 2 cleavage of the 5'-biotinylated RNA in vitro transcript (49 nt) ( 81 ). The entire fragment pattern obtained after incubation with RNase 132 is in spectrum 81A shown. The separation of the biotinylated fragments reduces the complexity of the spectrum ( 81B ), since only 5'-terminal fragments are captured by the beads. The signals in the spectrum are broadened and the increased number of signals in the low mass range indicates that even after stringent washing of the beads, some amount of buffer and detergent used for binding and elution remains. Further improvements of the method are therefore needed. Another possible strategy for using the magnetic beads is immobilization of the target RNA prior to RNase cleavage by elution of the remaining fragments for further analysis. Cleavage of the RNA was hindered in this case, as evidenced by a prolonged reaction time for cleavage under otherwise identical reaction conditions.

BEISPIEL 22EXAMPLE 22

Parallele DNA-Sequenzierungs-Mutationsanalyse und Mikrosatelliten-Analyse unter Verwendung von Primern mit Markierungen und Massenspektrometrie-NachweisParallel DNA sequencing mutation analysis and microsatellite analysis using primers with labels and mass spectrometry detection

Dieses Beispiel beschreibt den spezifischen Einfang von DNA-Produkten, die in der DNA-Analyse erzeugt werden. Das Einfangen wird durch eine spezifische Markierung (5 bis 8 Nukleotide lang) am 5'-Ende des Analyseproduktes vermittelt, die an eine komplementäre Sequenz bindet. Die Einfangsequenz kann durch ein partiell doppelsträngiges Oligonukleotid, das an einen festen Träger gebunden ist, bereitgestellt werden. Eine andere DNA-Analyse (z. B. Sequenzierung, Mutation, Diagnose, Mikrosatelliten-Analyse) kann parallel durchgeführt werden, wobei beispielsweise ein herkömmliches Röhrchen oder eine Mikrotiterplatte (MTP) verwendet wird. Die Produkte werden dann spezifisch eingefangen und mittels der komplementären Identifikationssequenz auf dem Markierungs-Oligonukleotid sortiert. Das Einfang-Oligonukleotid kann über eine chemische oder biologische Bindung an einen festen Träger (z. B Silizium-Chip) gebunden sein. Die Identifikation der Probe wird durch die vordefinierte Position des Haupt-Oligonukleotids bereitgestellt. Die Reinigung, Konditionierung und Analyse durch Massenspektrometrie erfolgen auf einem festen Träger. Dieses Verfahren wurde zum Einfangen spezifischer Primer mit einer 6-Basen-Markierungssequenz angewendet.This Example describes the specific capture of DNA products, which are generated in the DNA analysis. The capture is through a specific label (5 to 8 nucleotides long) at the 5 'end of the analyte which binds to a complementary sequence. The capture sequence can be replaced by a partially double-stranded oligonucleotide, the to a solid support is bound to be provided. Another DNA analysis (eg. Sequencing, mutation, diagnosis, microsatellite analysis) carried out in parallel wherein, for example, a conventional tube or a microtiter plate (MTP) is used. The products are then specifically captured and by means of the complementary Identification sequence sorted on the tag oligonucleotide. The capture oligonucleotide can via a chemical or biological bond to a solid support (e.g. B silicon chip). The identification of the sample becomes provided by the predefined position of the major oligonucleotide. Purification, conditioning and analysis by mass spectrometry take place on a solid support. This procedure was used to capture specific primers with a 6-base labeling sequence applied.

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Genomische DNA.Genomic DNA.

Genomische DNA wurde von gesunden Individuen erhalten.genomic DNA was obtained from healthy individuals.

PCR-AmplifikationPCR amplification

Die PCR-Amplifikationen eines Teils des β-Globin-Gens wurde unter Verwendung von β-2 d(CATTTGCTTCTGACACAACT, SEQ ID Nr. 66) als Vorwärts-Primer und β11 d(TCTCTGTCTCCACATGCCCAG, SEQ ID Nr. 67) als Rückwärts-Primer durchgeführt. Das PCR-Gesamtvolumen betrug 50 μl, einschließlich 200 ng genomischer DNA; 1 E Taq-Polymerase (Boehringer-Mannheim, Kat. Nr. 159594); 1,5 mM MgCl2, 0,2 mM dNTPs (Boehringer-Mannheim, Kat. Nr. 1277049) und 10 pMol jedes Primers. Ein spezifisches Fragment des β-Globin-Gens wurde unter Verwendung der nachfolgenden Zyklusbedingungen amplifiziert: 5 min bei 94°C, gefolgt von 40 Zyklen zu je 30 sek bei 94°C, 45 sek bei 53°C, 30 sek bei 72°C und einer abschließenden Verlängerung von 2 min bei 72°C. Die Reinigung des amplifizierten Produktes und die Entfernung nicht-eingebauter Nukleotide erfolgte mit dem QIAquick-Reinigungs-Kit (Qiagen, Kat. 28104). Ein Fünftel des gereinigten Produktes wurde zur Primer-Oligo-Basen-Extension (PROBE) bzw. für Sequenzierungsreaktionen verwendet.PCR amplification of a portion of the β-globin gene was performed using β-2d (CATTTGCTTCTGACACAACT, SEQ ID NO: 66) as the forward primer and β11d (TCTCTGTCTCCACATGCCCAG, SEQ ID NO: 67) as the reverse primer , The total PCR volume was 50 μl, including 200 ng of genomic DNA; 1 E Taq polymerase (Boehringer-Mannheim, Cat. No. 159594); 1.5 mM MgCl 2 , 0.2 mM dNTPs (Boehringer-Mannheim, cat. No. 1277049) and 10 pmoles of each primer. A specific fragment of the β-globin gene was amplified using the following cycling conditions: 94 ° C for 5 min, followed by 40 cycles of 30 sec at 94 ° C, 45 sec at 53 ° C, 30 sec at 72 ° C and a final extension of 2 min at 72 ° C. Purification of the amplified product and removal of unincorporated nucleotides was done with the QIAquick Purification Kit (Qiagen, Cat. 28104). One fifth of the purified product was used for primer oligo base extension (PROBE) or for sequencing reactions.

Primer Oligo-Basen-Extension (PROBE) und SequenzierungsreaktionenPrimer oligo-base extension (PROBE) and sequencing reactions

Der Nachweis der mutmaßlichen Mutationen im menschlichen β-Globin-Gen bei Codon 5 und 6 und bei Codon 30 bzw. in der IVS-1-Donor-Stelle erfolgte parallel (82A). β-TAG1 (GTCGTCCCATGGTGCACCTGACTC, SEQ ID Nr. 68) diente als Primer zur Analyse des Codons 5 und 6 und β-TAG2 (CGCTGTGGTGAGGCCCTGGGCA, SEQ ID Nr. 69) für die Analysen des Codons 30 und der IVS-1-Donorstelle. Die Primer-Oligo-Basen-Extensions (PROBE)-Reaktion erfolgte durch Cycling wobei die nachstehenden Bedingungen angewendet wurden: das endgültige Reaktionsvolumen betrug 20 μl, β-TAG1-Primer (5 pMol), β-TAG2-Primer (5 pMol), dCTP, dGTP, dTTP (Endkonzentration jeweils 25 μM), ddATP (Endkonzentration 100 μM) (die dNTPs und ddNTPs wurden von Boehringer-Mannheim, Kat. Nr. 1277049 und 1008382 bezogen), 2 μl 10 × ThermoSequence-Puffer und 25 E ThermoSequenase (Amersham, Kat. Nr. E79000Y). Das Zyklusprogramm war wie folgt: 5 min bei 94°C, 30 sek bei 53°C, 30 sek bei 72°C und ein abschließender Verlängerungsschritt bei 72°C für 8 min. Die Sequenzierung erfolgte unter den gleichen Bedingungen, außer dass das Reaktionsvolumen 25 μl betrug und die Konzentration der Nukleotide für ddNTP 250 μM betrug.The detection of the putative mutations in the human β-globin gene at codons 5 and 6 and at codon 30 or in the IVS-1 donor site was performed in parallel ( 82A ). β-TAG1 (GTCGTCCCATGGTGCACCTGACTC, SEQ ID NO: 68) served as a primer to analyze codons 5 and 6 and β-TAG2 (CGCTGTGGTGAGGCCCTGGGCA, SEQ ID NO: 69) for codons 30 and IVS-1 donor site analyzes. The primer oligo base extension (PROBE) reaction was performed by cycling using the following conditions: the final reaction volume was 20 μl, β-TAG1 primer (5 pmol), β-TAG2 primer (5 pmol), dCTP, dGTP, dTTP (final concentrations 25 μM each), ddATP (final concentration 100 μM) (the dNTPs and ddNTPs were purchased from Boehringer-Mannheim, cat. Nos. 1277049 and 1008382), 2 μl 10 × ThermoSequence buffer and 25 E ThermoSequenase (Amersham, Cat. No. E79000Y). The cycle program was as follows: 5 minutes at 94 ° C, 30 seconds at 53 ° C, 30 seconds at 72 ° C, and a final extension step at 72 ° C for 8 minutes. The sequencing was carried out under the same conditions except that the reaction volume was 25 μl and the concentration of nucleotides for ddNTP was 250 μM.

Einfangen mittels der TAG-Sequenz und ProbenpraparationCapture by means of the TAG sequence and Sample Preparation

Die Einfang-Oligonukleotide cap-tag1 d(GACGACGACTGCTACCTGACTCCA, SEQ ID Nr. 70 bzw. cap-tag2 d(ACAGCGGACTGCTACCTGACTCCA, SEQ ID Nr. 71) wurden an äquimolare Mengen von uni-as d(TGGAGTCAGGTAGCAGTC, SEQ ID Nr. 72 hybridisiert (82A). Jedes Oligonukleotid hatte eine Konzentration von 10 pMol/μl in ddH2O und wurde 2 min bei 80°C und 5 min bei 37°C inkubiert. Diese Lösung wurde bei –20°C aufbewahrt, und Aliquote wurden entnommen. 10 pMol angelagerte Einfang-Oligonukleotide wurden durch Inkubation für 30 min bei 37°C an 10 μl paramagnetische Perlen gebunden, die mit Streptavidin beschichtet waren (10 mg/ml; Dynal, Dynabeads M-280 Streptavidin Kat. Nr. 112.06). Die Perlen wurden eingefangen und die PROBE- bzw. Sequenzierungsreaktion wurde zu den Einfang-Oligonukleotiden zugegeben. Zur Erleichterung der Bindung von β-TAG1 bzw. β-TAG2 wurde die Reaktion 5 min bei 25°C und 30 min bei 16°C inkubiert. Die Perlen wurden zweimal mit eiskaltem 0,7 M NH4-Citrat gewaschen, um unspezifisch gebundene Extensionsprodukte und Primer weg zu waschen. Die gebundenen Produkte wurden durch Zugabe von 1 μl DDH2O und Inkubation für 2 min bei 65°C sowie Kühlen auf Eis gelöst. 0,3 μl der Probe wurden mit 0,3 μl Matrixlösung gemischt (gesättigte 3-Hydroxypicolinsäure, 10%-Molverhältnis Ammoniumcitrat in Acetonitril/Wasser (50/50, (v/v)) und an der Luft trocknen gelassen. Das Probenziel wurde automatisch in den Quellenbereich eines unmodifizierten Perspective Voyager MALDI-TOF eingebracht, das im Linearmodus mit verzögerter Extraktion mit 5 und 20 kV an der Ziel- bzw. der Umwandlungs-Dynode betrieben wurde. Die theoretischen durchschnittlichen Molekülmassen (Mr(ber.)) wurden aus den atomaren Zusammensetzungen berechnet; die beschriebenen experimentellen Mr(exp.) Werte waren diejenigen der einfach protonierten Form.Capture oligonucleotides cap-tag1 d (GACGACGACTGCTACCTGACTCCA, SEQ ID NO: 70 and cap-tag2d (ACAGCGGACTGCTACCTGACTCCA, SEQ ID NO: 71, respectively) were hybridized to equimolar amounts of uni-as d (TGGAGTCAGGTAGCAGTC, SEQ ID NO: 72 ( 82A ). Each oligonucleotide had a concentration of 10 pmol / μl in ddH 2 O and was incubated for 2 min at 80 ° C and 5 min at 37 ° C. This solution was stored at -20 ° C and aliquots were removed. Ten pmol annealed capture oligonucleotides were bound by incubation for 30 min at 37 ° C to 10 μl of streptavidin-coated paramagnetic beads (10 mg / ml, Dynal, Dynabeads M-280 streptavidin Cat. No. 112.06). The beads were captured and the PROBE or sequencing reaction was added to the capture oligonucleotides. To facilitate the binding of β-TAG1 or β-TAG2, the reaction was incubated at 25 ° C for 5 minutes and at 16 ° C for 30 minutes. The beads were washed twice with ice-cold 0.7 M NH 4 citrate to wash away unspecifically bound extension products and primers. The bound products were dissolved by addition of 1 μl of DDH 2 O and incubation for 2 min at 65 ° C. and cooling on ice. 0.3 μl of the sample was mixed with 0.3 μl of matrix solution (saturated 3-hydroxypicolinic acid, 10% molar ratio ammonium citrate in acetonitrile / water (50/50, v / v)) and allowed to air dry automatically introduced into the source region of an unmodified Perspective Voyager MALDI-TOF, which was operated in linear mode with delayed extraction with 5 and 20 kV on the target and the conversion dynode. theoretical average molecular mass (M r (calc.)) were calculated from the atomic compositions, the experimental M r (exp.) values described were those of the singly protonated form.

ERGEBNISSERESULTS

Spezifisches Einfangen eines Gemisches von Extensionsprodukten durch eine kurze komplementäre Sequenz wurde zur Isolation von Sequenzierungs- und Primer-Oligo-Basen-Extensions-(PROBE)-Produkten angewendet. Dieses Verfahren wurde zum Nachweis mutmaßlicher Mutationen im menschlichen β-Globin-Gen in Codon 5 und 6 und in Codon 30 bzw. der IVS-1-Donorstelle verwendet (82A). Genomische DNA wurde mit den Primer β2 und β11 amplifiziert. Das Amplifikationsprodukt wurde gereinigt, und die Nukleotide wurden abgetrennt. Ein Fünftel des gereinigten Produktes wurde für Analysen durch Primer-Oligo-Basen-Extension verwendet. Um beide Seiten in einer einzigen Reaktion zu untersuchen, wurden die Primer β-TAG1 bzw. β-TAG2 verwendet. β-TAG1 bindet stromaufwärts der Codons 5 und 6 und β-TAG2 stromaufwärts des Codons 30 und der IVS-1-Donorstelle. Die Verlängerung dieser Primer erfolgte durch Cycling in Gegenwart von ddATP und dCTP, dGTP und dTTP, was abhängig vom Phänotyp des Individuums zu spezifischen Produkten führte. Die Reaktionen wurden dann mit den Einfang-Oligonukleotiden vermischt. Die Einfang-Oligonukleotide umfassen den biotinylierten Einfang-Primer cap-tag1 bzw. cap-tag2. Sie weisen 6 Basen am 5'-Ende auf, die zum 5'-Ende von β-TAG1 bzw. β-TAG2 komplementär sind. Sie können daher diese Primer und die verlängerten Produkte spezifisch einfangen. Durch Anlagern eines universellen Oligonukleotids (uni-as) an das Einfang-Oligonukleotid wird der Einfang-Primer in ein partiell doppelsträngiges Molekül umgewandelt, bei dem nur die Einfang-Sequenz einzelsträngig bleibt (82). Dieses Molekül wird dann an Streptavidinbeschichtete paramagnetische Teilchen gebunden, zu denen die PROBE- bzw. Sequenzierungsreaktion zugegeben wird. Das Gemisch wurde gewaschen, damit nur die spezifisch hybridisierten Oligonukleotide gebunden wurden. Die eingefangenen Oligonukleotide werden gelöst und durch Massenspektrometrie analysiert.Specific capture of a mixture of extension products by a short complementary sequence was used to isolate sequencing and primer oligo base extension (PROBE) products. This method was used to detect putative mutations in the human β-globin gene in codons 5 and 6 and in codon 30 and the IVS-1 donor site, respectively ( 82A ). Genomic DNA was amplified with primers β2 and β11. The amplification product was purified and the nucleotides were separated. One fifth of the purified product was used for analyzes by primer oligo base extension. To study both sides in a single reaction, primers β-TAG1 and β-TAG2 were used. β-TAG1 binds upstream of codons 5 and 6 and β-TAG2 upstream of codon 30 and the IVS-1 donor site. Extension of these primers was by cycling in the presence of ddATP and dCTP, dGTP and dTTP, resulting in specific products depending on the phenotype of the individual. The reactions were then mixed with the capture oligonucleotides. The capture oligonucleotides comprise the biotinylated capture primer cap-tag1 and cap-tag2, respectively. They have 6 bases at the 5 'end which are complementary to the 5' end of β-TAG1 and β-TAG2, respectively. You can therefore specifically capture these primers and the extended products. By attaching a universal oligonucleotide (uni-as) to the capture oligonucleotide, the capture primer is converted to a partially double-stranded molecule in which only the capture sequence remains single-stranded ( 82 ). This molecule is then bound to streptavidin-coated paramagnetic particles to which the PROBE or sequencing reaction is added. The mixture was washed to bind only the specifically hybridized oligonucleotides. The captured oligonucleotides are dissolved and analyzed by mass spectrometry.

Die PROBE-Produkte eines Individuums (83) zeigen einen kleinen Peak mit einer Molekülmasse von 7282,8 Da. Dies entspricht dem nicht-verlängerten β-TAG1, der eine berechnete Masse von 7287,8 Da besitzt. Der Peak bei 8498,6 Da entspricht einem um 4 Basen verlängerten Produkt. Dies entspricht der Wildtyp-Situation. Die berechnete Masse dieses Produktes beträgt 8500,6 Da. Es gibt keinen signifikanten Peak, der eine heterozygote Situation anzeigt. Zudem wurde nur β-TAG1 und nicht β-TAG2 eingefangen, was die hohe Spezifität dieses Verfahrens anzeigt.The PROBE products of an individual ( 83 ) show a small peak with a molecular mass of 7282.8 Da. This corresponds to the non-extended β-TAG1, which has a calculated mass of 7287.8 Da. The peak at 8498.6 Da corresponds to a 4-base extended product. This corresponds to the wild-type situation. The calculated mass of this product is 8500.6 Da. There is no significant peak indicating a heterozygous situation. In addition, only β-TAG1 and not β-TAG2 were captured, indicating the high specificity of this method.

Analysen dessen, was an cap-tag2 gebunden hatte (84), zeigen nur einen vorherrschenden Peak mit einer Molekülmasse von 9331,5 Da. Dies entspricht einer Verlängerung von 8 Nukleotiden. Dies zeigt eine homozygote Wildtyp-Situation an, wobei die berechnete Masse des erwarteten Produktes 9355 Da beträgt. Es gibt keine signifikante Menge an nicht-verlängertem Primer, und es wurde lediglich β-TAG2 eingefangen.Analyzes of what bound to cap-tag2 ( 84 ), show only one predominant peak with a molecular mass of 9331.5 Da. This corresponds to an extension of 8 nucleotides. This indicates a homozygous wild-type situation where the calculated mass of the expected product is 9355 Da. There is no significant amount of non-extended primer and only β-TAG2 was captured.

Zum Beweis, dass dieser Ansatz ebenfalls zum Einfangen spezifischer Sequenzprodukte geeignet ist, wurden die beiden gleichen Primer β-TAG1 bzw. β-TAG2 verwendet. Die Primer wurden gemischt, in einer Sequenzierungsreaktion verwendet und dann unter Verwendung des vorstehend erläuterten Verfahrens sortiert. Mit diesen Primern wurden zwei unterschiedliche Terminationsreaktionen mittels ddATP und ddCTP durchgeführt (85 bzw. 86). Alle in den Spektrogrammen beobachteten Peaks entsprechen den berechneten Massen in einer Wildtyp-Situation.To prove that this approach is also suitable for capturing specific sequence products, the two same primers β-TAG1 and β-TAG2 were used. The primers were mixed, used in a sequencing reaction and then sorted using the procedure outlined above. With these primers, two different termination reactions were carried out by means of ddATP and ddCTP ( 85 respectively. 86 ). All peaks observed in the spectrograms correspond to the calculated masses in a wild-type situation.

Wie vorstehend gezeigt, ist nun die Parallelanalyse unterschiedlicher Mutationen (z. B. unterschiedlicher PROBE-Primer) möglich. Das beschriebene Verfahren eignet sich zudem zum Einfangen spezifischer Sequenzierungsprodukte. Das Einfangen kann zur Abtrennung verschiedener Sequenzier-Primer aus einem Reaktionsröhrchen/Well, zur Isolation spezifischer multiplex-amplifizierter Produkte, PROBE-Produkte usw. verwendet werden. Herkömmliche Verfahren, wie Zyklus-Sequenzierung, und gebräuchliche Volumina können eingesetzt werden. Eine universelle Chip-Gestaltung ermöglicht die Verwendung verschiedener Anwendungen. Dieses Verfahren kann zudem für einen hohen Durchsatz automatisiert werden.As As shown above, the parallel analysis is different Mutations (eg different PROBE primers) possible. The described method is also suitable for capturing specific Sequencing products. The capture can be used to separate different Sequencing primer from a reaction tube / well, for isolation specific multiplex amplified products, PROBE products, etc. be used. conventional Methods, such as cycle sequencing, and in use Volumes can be used become. A universal chip design allows the use of different Applications. This process can also be automated for high throughput become.

BEISPIEL 23EXAMPLE 23

Deletions-Nachweis durch MassenspektrometrieDeletion detection by mass spectrometry

Für den massenspektrometrischen Nachweis einer Deletion in einem Gen lassen sich verschiedene Formate verwenden. Beispielsweise kann die Molekülmasse eines doppelsträngigen Amplifikationsprodukts bestimmt werden, oder einer oder beide Stränge des doppelsträngigen Produktes können isoliert werden, und die Masse kann, wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, gemessen werden.For the mass spectrometric Detection of a deletion in a gene can be different formats use. For example, the molecular weight of a double-stranded amplification product can be determined or one or both strands of the double-stranded product can be isolated, and the mass can, as in the previous examples be measured.

Wie hier beschrieben, kann alternativ eine spezifische Enzymreaktion durchgeführt werden, und die Masse des entsprechenden Produktes kann durch Massenspektrometrie bestimmt werden. Die Deletionsgröße kann bis zu mehreren zehn Basen Länge betragen, was noch den gleichzeitigen Nachweis des Wildtyps und des mutierten Allels ermöglicht. Durch gleichzeitigen Nachweis der spezifischen Produkte lässt sich in einer einzigen Reaktion identifizieren, ob das Individuum für ein spezifisches Allel oder für eine spezifische Mutation homozygot oder heterozygot ist.As described herein may alternatively be a specific enzyme reaction carried out be, and the mass of the corresponding product can by mass spectrometry be determined. The deletion size can up to several ten bases in length what is still the simultaneous detection of wild type and of the mutant allele. By simultaneous detection of specific products can be identify in a single reaction, whether the individual is for a specific Allele or for a specific mutation is homozygous or heterozygous.

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Genomische DNAGenomic DNA

Genomische Leukozyten-DNA wurde von nicht-verwandten gesunden Individuen erhalten.genomic Leukocyte DNA was obtained from unrelated healthy individuals.

PCR-AmplifikationPCR amplification

Die PCR-Amplifikation der Ziel-DNA wurde so etabliert und optimiert, dass die Reaktionsprodukte ohne weiteren Reinigungsschritt zum Einfangen mit Streptavidinbeschichteten Perlen verwendet werden konnten. Die Primer für die Ziel-Amplifikation und für die PROBE-Reaktionen waren wie folgt:
CKRΔ-F: d(CAG CTC TCA TTT TCC ATA C, SEQ ID Nr. 73) und CKRΔ-R bio: d(AGC CCC AAG ATG ACT ATC, SEQ ID Nr. 74). CKR-5 wurde mit dem nachstehenden Programm amplifiziert: 2 min bei 94°C, 45 sek bei 52°C, 5 sek bei 72°C, und eine abschließende Verlängerung von 5 min bei 72°C. Das Endvolumen betrug 50 μl, einschließlich 200 ng genomischer DNA, 1 E Taq-Polymerase (Boehringer-Mannheim, Kat. Nr. 1596594), 1,5 mM MgCl2, 0,2 mM DNTPS (Boehringer-Mannheim, Kat. Nr. 1277049), 10 pMol unmodifizierter Vorwärts-Primer und 8 pMol biotinylierter Rückwärts-Primer.
The PCR amplification of the target DNA was established and optimized so that the reaction products could be used without further purification step to capture with streptavidin coated beads. The primers for the target amplification and for the PROBE reactions were as follows:
CKRΔ-F: d (CAG CTC TCA TTT TCC ATA C, SEQ ID NO: 73) and CKRΔ-R bio: d (AGC CCC AAG ATG ACT ATC, SEQ ID NO: 74). CKR-5 was amplified with the following program: 94 ° C for 2 minutes, 52 ° C for 45 seconds, 72 ° C for 5 seconds, and a final 5 minutes extension at 72 ° C. The final volume was 50 μL, including 200 ng of genomic DNA, 1 U Taq polymerase (Boehringer-Mannheim, cat. No. 1596594), 1.5 mM MgCl 2 , 0.2 mM DNTPS (Boehringer-Mannheim, cat. No. 1277049), 10 pmol unmodified forward primer and 8 pmol biotinylated reverse primer.

Einfangen und Denaturieren der biotinylierten MatrizenCapture and denature the biotinylated matrices

10 μl paramagnetische Perlen, beschichtet mit Streptavidin (10 mg/ml; Dynal, Dynabeads M-280 Streptavidin, Kat. Nr. 112.06) in 5 × Bindungslösung (5 M NH4Cl, 0,3 M NH4OH) wurden zu 45 μl PCR-Reaktion (5 μl PCR-Reaktion wurden zur Elektrophorese aufbewahrt) zugegeben. Nach Bindung durch Inkubation für 30 min bei 37°C wurde der Überstand verworfen. Die eingefangenen Matrizen wurden mit 50 μl 100 mM NaOH für 5 min bei Umgebungstemperatur denaturiert, einmal mit 50 μl 50 mM NH4OH und dreimal mit 100 μl 10 mM Tris/Cl, pH 8,0, gewaschen. Die einzelsträngige DNA diente als Matrize für PROBE-Reaktionen.10 μl of paramagnetic beads coated with streptavidin (10 mg / ml; Dynal, Dynabeads M-280 streptavidin, cat. No. 112.06) in 5 × binding solution (5 M NH 4 Cl, 0.3 M NH 4 OH) became 45 μl PCR reaction (5 μl PCR reaction was saved for electrophoresis). After binding by incubation for 30 min at 37 ° C, the supernatant was discarded. The trapped templates were denatured with 50 μl of 100 mM NaOH for 5 min at ambient temperature, washed once with 50 μl of 50 mM NH 4 OH and three times with 100 μl of 10 mM Tris / Cl, pH 8.0. The single-stranded DNA served as a template for PROBE reactions.

Primer-Oligo-Basen-Extensions-(PROBE)-ReaktionPrimer oligo base Extensions (PROBE) reaction

Die PROBE-Reaktion wurde mit Sequenase 2.0 (USB Kat. Nr. E70775Z, einschließlich Puffer) durchgeführt. dATP/dGTP und ddTTP wurden von Boehringer-Mannheim (Kat. Nr. 1277049 und 1008382) bezogen. d(CAG CTC TCA TTT TCC ATA C (SEQ ID Nr. 73) wurde als PROBE-Primer (87) verwendet. Die nachstehenden Lösungen wurden zu den Perlen zugegeben: 3,0 μl H2O, 1,0 μl Reaktionspuffer, 1,0 μl PROBE-Primer (10 pMol), und bei 65°C für 5 min, gefolgt von 10 min bei 37°C, inkubiert. Dann wurden 0,5 μl DTT, 3,5 μl dNTPs/ddNTP, jeweils 50 μM, und 0,5 μl Sequenase (0,8 E) zugegeben und 10 min bei 37°C inkubiert.The PROBE reaction was performed with Sequenase 2.0 (USB Cat. No. E70775Z, including buffer). dATP / dGTP and ddTTP were purchased from Boehringer-Mannheim (Cat. Nos. 1277049 and 1008382). d (CAG CTC TCA TTT TCC ATA C (SEQ ID NO: 73) was used as a PROBE primer ( 87 ) used. The following solutions were added to the beads: 3.0 μl H 2 O, 1.0 μl reaction buffer, 1.0 μl PROBE primer (10 pmol) and at 65 ° C for 5 min, followed by 10 min at 37 ° C, incubated. Then 0.5 μl DTT, 3.5 μl dNTPs / ddNTP, 50 μM each, and 0.5 μl Sequenase (0.8 U) were added and incubated at 37 ° C for 10 min.

T4-Behandlung der DNAT4 treatment of DNA

Zur Herstellung stumpf-endiger DNA wurden die Amplifikationsprodukte mit T4-DNA-Polymerase (Boehringer-Mannheim Kat. Nr. 1004786) behandelt. Die Reaktionen wurden gemäß dem Hersteller-Protokoll für 20 min bei 11°C durchgeführt.to Preparation of blunt-ended DNA became the amplification products with T4 DNA polymerase (Boehringer-Mannheim Cat. No. 1004786). The reactions were made according to the manufacturer's protocol for 20 min at 11 ° C carried out.

Direkte Größenbestimmung der verlängerten ProdukteDirect sizing of the extended ones Products

Zur Bestimmung der Größe des amplifizierten Produktes wurde MALDI-TOF bei einem Strang des Amplifikationsprodukts angewendet. Die Proben wurden wie vorstehend beschrieben an die Perlen gebunden und wie nachstehend beschrieben konditioniert und denaturiert.to Determination of the size of the amplified Product became MALDI-TOF on one strand of the amplification product applied. The samples were transferred to the Beaded and conditioned as described below and denatured.

DNA-KonditionierungDNA conditioning

Nach der PROBE-Reaktion wurde der Überstand verworfen, und die Perlen wurden zuerst in 50 μl 700 mM NH4-Citrat und als zweites in 50 μl 50 mM NH4-Citrat gewaschen. Die erzeugten diagnostischen Produkte wurden von der Matrize entfernt, indem die Perlen 2 min bei 80°C in 2 μl H2O erhitzt wurden. Der Überstand wurde zur MALDI-TOF-Analyse verwendet.After the PROBE reaction, the supernatant was discarded and the beads were washed first in 50 μl of 700 mM NH 4 citrate and second in 50 μl of 50 mM NH 4 citrate. The generated diagnostic products were removed from the template by heating the beads for 2 min at 80 ° C in 2 μl H 2 O. The supernatant was used for MALDI-TOF analysis.

Proben-Präparation und Analyse mittels MALDI-TOF-MassenspektrometrieSample preparation and analysis by means of MALDI-TOF mass spectrometry

Spektrometriespectrometry

Die Proben-Präparation erfolgte durch Mischen von 0,6 μl Matrix-Lösung (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure, 0,07 M dibasisches Citrat in 1:1 H2O:CH3CN) mit 0,3 μl diagnostischen PROBE-Produkten in Wasser auf einem Probenziel und Trocknenlassen an Luft. Bis zu 100 Proben wurden zum Einbringen in den Quellenbereich eines unmodifizierten Perspective Voyager MALDI-TOF-Gerätes, das im Linear-Modus mit verzögerter Extraktion und 5 und 30 kV an der Ziel- bzw. Umwandlungsdynode betrieben wurde, punktförmig auf eine Probenzielscheibe aufgetragen. Theoretische durchschnittliche Molekülmassen (Mr(ber.)) der Analyten wurden aus den atomaren Zusammensetzungen berechnet, die aufgezeichneten experimentellen Mr(exp.)-Werte waren diejenigen der einfach protonierten Form, die mittels interner Kalibrierung mit unverlängerten Primern im Fall der PROBE-Reaktionen bestimmt wurden.Sample preparation was carried out by mixing 0.6 μl of matrix solution (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid, 0.07 M dibasic citrate in 1: 1 H 2 O: CH 3 CN) with 0.3 μl of diagnostic SAMPLE. Products in water on a sample target and allowed to dry in air. Up to 100 samples were spotted onto a sample target for insertion into the source area of an unmodified Perspective Voyager MALDI-TOF instrument operating in the delayed extraction linear mode and 5 and 30 kV at the target and conversion dynodes, respectively. Theoretical average molecular masses (M r (calc.)) Of the analytes were calculated from the atomic compositions, the recorded experimental M r (exp.) Values were those of the monoprotic form, which were determined by internal calibration with primers in the case of the PROBE. Reactions were determined.

Herkömmliche Analysenconventional analyzes

Die herkömmlichen Analysen erfolgten durch native Polyacrylamid-Gelelektrophorese gemäß Standard-Protokollen. Die diagnostischen Produkte wurden vor dem Auftragen auf die Gels mit Formamid denaturiert und mit Ethidiumbromid bzw. Silber angefärbt.The usual Analyzes were performed by native polyacrylamide gel electrophoresis according to standard protocols. The diagnostic products were tested before applying to the gels denatured with formamide and stained with ethidium bromide or silver.

ERGEBNISSERESULTS

Der CKR-5-Status der 10 zufällig ausgewählten DNA-Proben gesunder Individuen wurde analysiert. Leukozyten-DNA wurde durch PCR amplifiziert, und ein Aliquot des amplifizierten Produktes wurde durch Standard-Polyacrylamid-Gelelektrophorese und Silberfärbung der DNA (88) analysiert. Vier Proben zeigten zwei Banden, die möglicherweise Heterozygotie für CKR-5 anzeigen, wohingegen die anderen 6 Proben eine Bande zeigten, was einem homozygoten Gen entspricht (88). In dem Fall, in dem zwei Banden beobachtet wurden, entsprechen diese der erwarteten Größe von 75 bp für das Wildtyp-Gen und 43 bp für das Allel mit der Deletion (87). Wo eine Bande beobachtet wurde, betrug die Größe etwa 75 bp, was ein homozygotes Wildtyp-CKR-5-Alle) anzeigte. Eine DNA-Probe, die von einem mutmaßlich heterozygoten Individuum stammte, und eine von einem homozygoten Individuum wurden für alle weiteren Analysen verwendet. Zur Bestimmung der Molekülmasse des amplifizierten Produktes wurde die DNA einer Matrix-unterstützten Laser-Desorption/Ionisation, gekoppelt mit Flugzeit-Analyse (MALDI-TOF) unterworfen. Doppelsträngige DNA, gebunden an Streptavidin-beschichtete paramagnetische Teilchen, wurde denaturiert, und der in den Überstand abgegebene Strang wurde analysiert. Die 89A zeigt ein Spektrogramm einer DNA-Probe, die gemäß dem Ergebnis, das aus der Polyacrylamid-Gelelektrophorese (88) hergeleitet wurde, als heterozygot angesehen wurde. Die berechnete Masse des Sense-Stranges für ein Wildtyp-Gen beträgt 23036 Da und die des Sense-Stranges, der das Deletions-Allel trägt, 13143 (87 und Tabelle VI). Da viele thermostabile Polymerasen unspezifisch ein Adenosin an das 3'-Ende des Produktes anhängen, wurden diese Massen ebenfalls berechnet. Sie betragen 23349 und 13456 Da. Die Massen der beobachteten Peaks (89A) sind 23119 Da, was der berechneten Masse eines Wildtyp-DNA-Stranges mit angefügtem Adenosin entspricht (23349 Da). Da kein Peak mit einer Masse von etwa 23036 Da beobachtet wurde, muss die Polymerase qualitativ Adenosin angefügt haben. Zwei sehr nahe beieinander liegende Peaks haben eine Masse von 13451 und 13137 Da. Dies entspricht den berechneten Massen des Allels mit der 32 bp-Deletion. Der Peak für die höhere Masse entspricht dem Produkt mit angehängtem Adenosin, und der Peak für die geringere Masse entspricht demjenigen ohne unspezifisches Adenosin. Beide Peaks sind etwa gleich hoch, was zeigt, dass etwa bei der Hälfte des Produktes Adenosin angefügt worden war. Der Peak mit einer Masse von 11.682 Da ist ein doppelt geladenes Molekül der DNA, die 23.319 Da entspricht (2 × 11.682 Da = 23.364 Da). Die Peaks mit Massen von 6732 und 6575 Da sind doppelt geladene Moleküle derjenigen DNA mit Massen von 13.451 und 13.137 Da, und der Peak mit 7794 Da entspricht dem dreifach geladenen Molekül von 23.319 Da. Mehrfach geladene Moleküle werden routinemäßig durch Berechnung identifiziert. Amplifizierte DNA, die von einem homozygoten Individuum stammte, zeigt im Spektrogramm (89C) einen Peak mit einer Masse von 23.349,6 und einen viel kleineren Peak mit einer Masse von 23.039,9 Da. Der Peak mit der höheren Masse entspricht der DNA, die von einem Wildtyp-Alle) mit angefügtem Adenosin herrührt, die eine berechnete Masse von 23.349 Da hat. Der Peak mit der geringeren Masse entspricht dem gleichen Produkt ohne Adenosin. Drei weitere Peaks mit einer Masse von 11.686, 7804,6 und 5852,5 Da entsprechen zweifach, dreifach und vierfach geladenen Molekülen.The CKR-5 status of the 10 randomly selected DNA samples from healthy individuals was analyzed. Leukocyte DNA was amplified by PCR and an aliquot of the amplified product was purified by standard polyacrylamide gel electrophoresis and silver staining of the DNA ( 88 ) analyzed. Four samples showed two bands possibly indicating heterozygosity for CKR-5, whereas the other six samples showed a band corresponding to a homozygous gene ( 88 ). In the case where two bands were observed, they correspond to the expected size of 75 bp for the wild type gene and 43 bp for the deletion allele ( 87 ). Where one band was observed, the size was about 75 bp, indicating a homozygous wild-type CKR-5 allele. A DNA sample derived from a suspected heterozygous individual and one from a homozygous individual were used for all further analyzes. To determine the molecular mass of the amplified product, the DNA of a matrix-assisted La ser-desorption / ionization coupled with time-of-flight analysis (MALDI-TOF). Double-stranded DNA bound to streptavidin-coated paramagnetic particles was denatured and the strand delivered to the supernatant was analyzed. The 89A shows a spectrogram of a DNA sample prepared according to the result obtained from polyacrylamide gel electrophoresis ( 88 ) was considered heterozygous. The calculated mass of the sense strand for a wild type gene is 23036 Da and that of the sense strand carrying the deletion allele 13143 ( 87 and Table VI). Since many thermostable polymerases unspecifically attach adenosine to the 3 'end of the product, these masses were also calculated. They are 23349 and 13456 Da. The masses of the observed peaks ( 89A ) are 23119 Da, which corresponds to the calculated mass of a wild-type DNA strand with added adenosine (23349 Da). Since no peak with a mass of about 23036 Da was observed, the polymerase must have qualitatively added adenosine. Two very close peaks have a mass of 13451 and 13137 Da. This corresponds to the calculated masses of the 32 bp allele allele. The peak for the higher mass corresponds to the product with attached adenosine, and the peak for the lower mass corresponds to that without nonspecific adenosine. Both peaks are approximately equal, indicating that about half of the product had adenosine added. The peak with a mass of 11,682 Da is a doubly charged molecule of DNA, corresponding to 23,319 Da (2 × 11,682 Da = 23,364 Da). The peaks with masses of 6732 and 6575 Da are doubly charged molecules of the DNA with masses of 13,451 and 13,137 Da, and the 7794 Da peak corresponds to the triply charged molecule of 23,319 Da. Multi-charged molecules are routinely identified by calculation. Amplified DNA derived from a homozygous individual is shown in the spectrogram ( 89C ) has a peak with a mass of 23,349.6 and a much smaller peak with a mass of 23,039.9 Da. The higher mass peak corresponds to the DNA resulting from a wild type all-added adenosine having a calculated mass of 23,349 Da. The lower mass peak corresponds to the same product without adenosine. Three further peaks with a mass of 11,686, 7804,6 and 5852,5 Da correspond to double, triple and quadruple charged molecules.

Das unspezifisch angefügte Adenin kann durch Behandlung der DNA mit T4-DNA-Polymerase von der amplifizierten DNA entfernt werden. DNA, die von einem heterozygoten und einem homozygoten Individuum stammte, wurde nach der T4-DNA-Polymerase-Behandlung analysiert. 89B zeigt das von heterozygoter DNA stammende Spektrogramm. Der Peak, der dem Wildtyp-Strang entspricht, hat eine Masse von 23008 Da, was zeigt, dass das angefügte Adenin vollständig entfernt worden war. Das gleiche wird für den Strang mit einer Masse von 13140 Da beobachtet.The nonspecifically added adenine can be removed from the amplified DNA by treating the DNA with T4 DNA polymerase. DNA derived from a heterozygous and a homozygous individual was analyzed after T4 DNA polymerase treatment. 89B shows the heterozygous DNA-derived spectrogram. The peak corresponding to the wild-type strand has a mass of 23008 Da, indicating that the attached adenine had been completely removed. The same is observed for the strand with a mass of 13140 Da.

Die anderen drei Peaks sind mehrfach geladene Moleküle der Ausgangspeaks. Das Massenspektrogramm für die homozygote DNA zeigt einen Peak einer Masse von 23.004 Da, was dem Wildtyp-DNA-Strang ohne zusätzlich angefügtes Adenin entspricht. Sämtliche anderen Peaks stammen von mehrfach geladenen Molekülen dieser DNA. Die amplifizierten Produkte können durch direkte Bestimmung ihrer Massen analysiert werden, wie vorstehend beschrieben, oder durch Messen der Massen von Produkten, die vom amplifizierten Produkt in einer weiteren Reaktion stammen. In dieser Primer-Oligo-Basen-Extensions-(PROBE)-Reaktion wird ein Primer, der intern sein kann, wie bei der geschachtelten PCR, oder zu einem der PCR-Primer identisch ist, nur um einige Basen verlängert, bevor das Terminations-Nukleotid eingebaut wird. In Abhängigkeit von der Extensionslänge kann der Genotyp bestimmt werden. CKRΔ-F wurde als PROBE-Primer verwendet und dATP/dGTP und ddTP als Nukleotide. Die Primerextension ist im Falle einer Wildtyp-Matrize AGT und im Falle der Deletion AT (87). Die entsprechenden Massen sind 6604 Da für den Wildtyp bzw. 6275 Da für die Deletion. PROBE wurde an zwei Standard-DNAs eingesetzt. Das Spektrogramm (90A) zeigt Peaks mit Massen von 6604 Da, die der Wildtyp-DNA entsprechen, und mit 6275 Da, die dem CKR-5-Deletions-Allel entsprechen (Tabelle VIII). Der Peak bei einer Masse von 5673 Da entspricht CKRΔ-F (berechnete Masse 5674 Da). Weitere Proben wurden auf analoge Weise analysiert (90B). Die Identifizierung ergibt eindeutig homozygote DNA, da der Peak mit einer Masse von 6607 Da dem Wildtyp-Allel und der Peak mit einer Masse von 5677 Da dem nicht-verlängerten Primer entspricht. Es wurden keine weiteren Peaks beobachtet.The other three peaks are multiply charged molecules of the output peaks. The mass spectrograph for the homozygous DNA shows a peak of mass 23,004 Da, which corresponds to the wild-type DNA strand without added adenine. All other peaks are from multiply charged molecules of this DNA. The amplified products can be analyzed by direct determination of their masses, as described above, or by measuring the masses of products derived from the amplified product in a further reaction. In this primer oligo base extension (PROBE) reaction, a primer that can be internal, as in nested PCR, or identical to one of the PCR primers, is only extended by a few bases before the termination Nucleotide is incorporated. Depending on the extension length, the genotype can be determined. CKRΔ-F was used as a PROBE primer and dATP / dGTP and ddTP as nucleotides. The primer extension is in the case of a wild type template AGT and in the case of deletion AT ( 87 ). The corresponding masses are 6604 Da for the wild type and 6275 Da for the deletion. PROBE was used on two standard DNAs. The spectrogram ( 90A ) shows peaks with masses of 6604 Da corresponding to the wild-type DNA and with 6275 Da corresponding to the CKR-5 deletion allele (Table VIII). The peak at a mass of 5673 Da corresponds to CKRΔ-F (calculated mass 5674 Da). Further samples were analyzed in an analogous way ( 90B ). The identification clearly gives homozygous DNA since the peak with a mass of 6607 Da corresponds to the wild-type allele and the peak with a mass of 5677 Da corresponds to the non-extended primer. No further peaks were observed.

Das Beispiel zeigt, dass die Deletionsanalyse durch Massenspektrometrie durchgeführt werden kann. Wie hier gezeigt, kann die Deletion durch direkten Nachweis der einzelsträngigen amplifizierten Produkte, oder durch Analyse spezifisch erzeugter diagnostischer Produkte (PROBE) analysiert werden. Wie im nachstehenden Beispiel 26 gezeigt ist, können außerdem amplifizierte doppelsträngige DNA-Produkte analysiert werden. Größe berechnete Masse gemessene Masse Wildtyp ohne A 23036 23039/23009/23004 Wildtyp mit A 23349 23319/23350 Deletion ohne A 13143 13137/13139 Deletion mit A 13456 13451 PROBE Wildtyp 6604 6604/6608 Deletion 6275 6275 The example shows that the deletion analysis can be performed by mass spectrometry. As shown here, the deletion can be analyzed by direct detection of the single-stranded amplified products, or by analysis of specific generated diagnostic products (PROBE). As shown in Example 26 below, amplified double-stranded DNA products can also be analyzed. size calculated mass measured mass Wild type without A 23036 23039/23009/23004 Wild type with A 23349 23319/23350 Deletion without A 13143 13137/13139 Deletion with A 13456 13451 SAMPLE wildtype 6604 6604/6608 deletion 6275 6275

Sämtliche Massen sind in Dalton angegeben.All Masses are given in Dalton.

BEISPIEL 24EXAMPLE 24

Pentaplex-tc-PROBEPentaplex tc-PROBE

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Der Multiplex-Betrieb der Thermocycling-Primer-Oligo-Basen-Extension (tcPROBE) erfolgte mit fünf polymorphen Stellen in drei unterschiedlichen Apolipoprotein-Genen, von denen man annimmt, dass sie an der Pathogenese von Arteriosklerose beteiligt sind. Das Apolipoprotein-A-IV-Gen (Codons 347 und 360), das Apolipoprotein-E-Gen (Codons 112 und 158) und das Apolipoprotein-B-Gen (Codon 3500) wurden untersucht. Alle Massenspektren waren hinsichtlich der fünf polymorphen Stellen leicht zu interpretieren.Of the Multiplexed operation of the thermocycling primer oligo base extension (tcPROBE) was done with five polymorphic Represent in three different apolipoprotein genes that are thought to be involved in the pathogenesis of arteriosclerosis. The apolipoprotein A-IV gene (Codons 347 and 360), the apolipoprotein E gene (codons 112 and 158) and the apolipoprotein B gene (codon 3500) were examined. All mass spectra were in regards to the five polymorphic passages easy to interpret.

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

PCR-AmplifikationPCR amplification

Menschliche genomische Leukozyten-DNA wurde für die PCR verwendet. Im folgenden sind die Primer aufgelistet, die für die gesonderte Amplifikation von Abschnitten der Apo-A-IV-, Apo-E- und Apo-B-Gene verwendet wurden:

Figure 01630001
Figure 01640001
Human genomic leukocyte DNA was used for the PCR. Listed below are the primers used for the separate amplification of portions of the Apo A-IV, Apo E and Apo B genes:
Figure 01630001
Figure 01640001

Taq-Polymerasc und 10×-Puffer wurden von Boehringer-Mannheim (Deutschland) bezogen und dNTPs von Pharmacia (Freiburg, Deutschland). Das gesamte Volumen der PCR-Reaktion betrug 50 μl, einschließlich 10 pmol jedes Primers und 10% DMSO (Dimethylsulfoxid, Sigma) (kein DMSO für die PCR des Apo-B-Gens), wobei ca. 200 mg genomische DNA als Matrize und eine dNTP-Endkonzentration von 200 μM verwendet wurden. Die Lösungen wurden auf 80°C erhitzt, bevor 1 E Taq-Polymerase zugegeben wurde; die PCR-Bedingungen waren; 5 min bei 95°C, anschließend 2 Zyklen mit 30 sek bei 94°C, 30 sek bei 62°C, 30 sek bei 72°C, 2 Zyklen mit 30 s bei 94°C, 30 sek bei 58°C, 30 sek bei 72°C, 35 Zyklen mit 30 sek bei 94°C, 30 sek bei 56°C, 30 sek bei 72°C, und einer abschließenden Extensionszeit von 2 min bei 72°C. Um nicht-eingebaute Primer und Nukleotide zu entfernen wurden die amplifizierten Produkte mit dem „QIAquick"-Kit (Qiagen, Deutschland) gereinigt, wobei die gereinigten Produkte in 50 μl TE-Puffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 80) eluiert wurden.Taq polymerase and 10x buffer were purchased from Boehringer-Mannheim (Germany) and dNTPs from Pharmacia (Freiburg, Germany). The total volume of the PCR reaction was 50 μl, including 10 pmol of each primer and 10% DMSO (dimethyl sulfoxide, Sigma) (no DMSO for the PCR of the apo B gene), with approximately 200 mg of genomic DNA as template and a dNTP final concentration of 200 μM were used. The solutions were heated to 80 ° C before adding 1 E Taq polymerase; the PCR conditions were; 5 min at 95 ° C, then 2 cycles of 30 sec at 94 ° C, 30 sec at 62 ° C, 30 sec at 72 ° C, 2 cycles of 30 sec at 94 ° C, 30 sec at 58 ° C, 30 sec at 72 ° C, 35 cycles at 30 sec at 94 ° C, 30 sec at 56 ° C, 30 sec at 72 ° C, and a final extension time of 2 min at 72 ° C. To remove unincorporated primers and nucleotides, the amplified products were purified with the "QIAquick" kit (Qiagen, Germany), with the purified products in 50 μl of TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 80 ) were eluted.

Bindung der amplifizierten Produkte an PerlenBinding of the amplified Products on pearls

10 μl jedes gereinigten amplifizierten Produktes wurden an 5 μl DynaBeads (Dynal, M-280 Streptavidin) angebunden, und gemäß des Dynal-Protokolls denaturiert. Für die Pentaplex-tc-PROBE-Reaktion wurden die drei verschiedenen amplifizierten Produkte (gebunden an die Perlen) zusammengefasst.10 μl of each purified amplified product were added to 5 μl DynaBeads (Dynal, M-280 streptavidin). connected, and according to the Dynal protocol denatured. For the pentaplex-tc-PROBE reaction was amplified the three different ones Products (bound to the beads) summarized.

Tc-PROBETc-PROBE

Für die PROBE-Reaktion wurden die folgenden Primer verwendet:

Figure 01650001
For the PROBE reaction, the following primers were used:
Figure 01650001

Die tc-PROBE wurde in einem Endvolumen von 25 μl durchgeführt, worin 10 pmol jedes der oben genannten Primer, 2,5 E Thermoquenase (Amersham), 2,5 μl Thermoquenase-Puffer und 50 μM dTTP (Endkonzentrationen) und 200 μM ddA/C/GTP enthalten waren. Die Röhrchen, die das Gemisch enthielten, wurden in einen Thermocycler gegeben und den folgenden Cycling-Bedingungen unterworfen: Denaturierung (94°C): der Überstand wurde sorgfältig von den Perlen entfernt und durch Ethanolpräzipitation 'entsalzt', um nichtflüchtige Kationen, wie etwa Na+ und K+ gegen NH4 + auszutauschen, welches während des Ionisationsvorgangs verdampfte; 5 μl 3 M Ammoniumacetat (pH 6,5), 0,5 μl Glykogen (10 mg/ml, Sigma), 25 μl H2O und 110 μl absolutes Ethanol wurden zu 25 μl PROBE-Überstand zugegeben und für 1 Stunde bei 4°C inkubiert. Nach 10 minütiger Zentrifugation bei 13.000 × g wurde das Sediment in 70%-igem Ethanol gewaschen und in 1 μl 18 MOhm/cm H2O resuspendiert. Ein 0,35 μl-Aliquot der resuspendierten DNA wurde mit 0,35 μl Matrix-Lösung (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure (3-HPA), 0,07 M Ammoniumcitrat in 1:1 H2O:CH3CN) auf einer Edelstahl-Probenzielscheibe vermischt und an Luft trocknen gelassen, bevor das Spektrum mit dem Thermo-Bioanalysis Version 2000 MALDI-TOF-Gerät, das im Reflektron-Modus mit 5 und 20 kV an der Ziel- bzw. der Umwandlungsdynode betrieben wurde, aufgenommen wurde. Die theoretischen durchschnittlichen Molekülmassen (Mr(ber.) der Fragmente wurden aus den atomaren Zusammensetzungen berechnet. Eine externe Kalibrierung wurde mit einem synthetischen (ATCG)n-Oligonukleotid (3,6–1,8 kDa) vorgenommen. Positive Ionenspektren von 1 bis 37.500 Da wurden aufgenommen.The tc-PROBE was carried out in a final volume of 25 μl, in which 10 pmol of each of the above-mentioned primers, 2.5 U thermoquenase (Amersham), 2.5 μl thermoquenase buffer and 50 μM dTTP (final concentrations) and 200 μM ddA / C / GTP were included. The tubes containing the mixture were placed in a thermocycler and subjected to the following cycling conditions: Denaturation (94 ° C): the supernatant was carefully removed from the beads and 'desalted' by ethanol precipitation to give non-volatile cations, such as Na exchange + and K + for NH 4 + , which evaporated during the ionization process; 5 μl 3 M ammonium acetate (pH 6.5), 0.5 μl glycogen (10 mg / ml, Sigma), 25 μl H 2 O and 110 μl absolute ethanol were added to 25 μl of PROBE supernatant and incubated for 1 hour at 4 ° C incubated. After centrifugation at 13,000 × g for 10 minutes, the sediment was washed in 70% ethanol and resuspended in 1 μl of 18 MOhm / cm H 2 O. A 0.35 μl aliquot of the resuspended DNA was mixed with 0.35 μl of matrix solution (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA), 0.07 M ammonium citrate in 1: 1 H 2 O: CH 3 CN). on a stainless steel sample target and allowed to air dry before recording the spectrum on the Thermo-Bioanalysis Version 2000 MALDI-TOF instrument operating in 5 and 20 kV reflectron mode at the target and conversion dynodes, respectively has been. The theoretical average molecular masses (M r (calc.) Of the fragments were calculated from the atomic compositions.) An external calibration was performed with a synthetic (ATCG) n oligonucleotide (3.6-1.8 kDa) Positive ion spectra from 1 to 37,500 were recorded.

ERGEBNISSERESULTS

Tabelle VIII zeigt die berechneten Molekülmassen aller möglichen Extensionsprodukte, einschließlich der Masse des Primers selbst. 91 zeigt ein entsprechendes MALDI-TOF-MS-Spektrum einer tc-PROBE unter gleichzeitiger Verwendung von drei verschiedenen Matrizen und 5 verschiedenen PROBE-Primern in einer Reaktion. Der Vergleich der beobachteten und berechneten Massen (siehe Tabelle VIII) erlaubt eine schnelle genetische Profilbestimmung verschiedener polymorpher Stellen in einer individuellen DNA-Probe. Die in 91 dargestellte Probe ist homozygot für Threonin und Glutamin an Position 347 bzw. 360 in dem Apolipoprotein A-IV-Gen, trägt das Epsilon-3-Allel homozygot im Apolipoprotein E-Gen und ist auch am Codon 3500 für Arginin in dem Apolipoprotein B-Gen homozygot. TABELLE VIII

Figure 01660001
Table VIII shows the calculated molecular weights of all possible extension products, including the mass of the primer itself. 91 shows a corresponding MALDI-TOF-MS spectrum of a tc-PROBE with simultaneous use of three different matrices and 5 different PROBE primers in one reaction. Comparison of the observed and calculated masses (see Table VIII) allows rapid genetic profiling of various polymorphic sites in an individual DNA sample. In the 91 The sample shown is homozygous for threonine and glutamine at position 347 and 360 in the apolipoprotein A-IV gene, carries the epsilon-3 allele homozygous in the apolipoprotein E gene and is also at codon 3500 for arginine in the apolipoprotein B gene homozygous. TABLE VIII
Figure 01660001

BEISPIEL 25EXAMPLE 25

Sequenzierung der Exons 5 bis 8 des p53-Gens durch MassenspektrometrieSequencing of exons 5 to 8 of the p53 gene by mass spectrometry

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

35 Zyklen von PCR-Reaktionen wurden in einer 96-Well-Mikrotiterplatte durchgeführt, wobei jedes Well ein Gesamtvolumen von 50 μl enthielt, einschließlich 200 ng genomischer DNA, 1 Einheit Taq-DNA-Polymerase, 1,5 mM MgCl2, 0,2 mM dNTPx, 10 pMol des Vorwärts-Primers und 6 oder 8 des biotinylierten Rückwärts-Primers. Die Sequenzen der PCR-Primer, die nach üblicher Chemie hergestellt wurden (N. D. Sinha, J. Biernat, H. Kter, Tetrahed. Lett. 24:5843–5846 (1983)), sind wie folgt:

Figure 01670001
Thirty-five cycles of PCR reactions were performed in a 96 well microtiter plate, each well containing a total volume of 50 μl, including 200 ng genomic DNA, 1 unit Taq DNA polymerase, 1.5 mM MgCl 2 , 0.2 mM dNTPx, 10 pmol of the forward primer and 6 or 8 of the biotinylated reverse primer. The sequences of the PCR primers prepared according to standard chemistry (ND Sinha, J. Biernat, H. Kter, Tetrahed., Lett. 24: 5843-5846 (1983)) are as follows:
Figure 01670001

Zu jedem Well der 96-Well-Mikrotiterplatte, welche ungereinigtes amplifiziertes Produkt enthielt, wurden 0,1 mg paramagnetische Streptavidin-Perlen (Dynal) in 10 μl 5 × Bindungslösung (5 M NH4OH) zugegeben und für 30 min bei 37°C inkubiert.To each well of the 96-well microtiter plate containing crude purified amplified product was added 0.1 mg of paramagnetic streptavidin beads (Dynal) in 10 μl of 5X binding solution (5M NH 4 OH) and incubated at 37 ° C for 30 min incubated.

Anschließend wurden die Perlen mit 0,1 M NaOH bei Raumtemperatur für 5 min behandelt, und danach einmal für 5 min bei Raumtemperatur mit 50 mM NH4OH und dann einmal mit 50 mM Tris-HCl gewaschen.Subsequently, the beads were treated with 0.1 M NaOH at room temperature for 5 min, and then washed once for 5 min at room temperature with 50 mM NH 4 OH and then once with 50 mM Tris-HCl.

Vier Didesoxy-Terminationsreaktionen wurden in separaten Wells der Mikrotiterplatte durchgeführt. Insgesamt 84 Reaktionen (21 Primer × 4 Reaktionen/Primer) können in einer einzigen Mikrotiterplatte durchgeführt werden. Zu jedem Well, das immobilisierte einzelsträngige Matrize enthielt, wurde ein Gesamtvolumen von 10 μl Reaktionsgemisch zugegeben, das 1 × Reaktionspuffer, 10 pMol Sequenzierungs-Primer, 250 mM dNTPs, 25 mM eines der ddNTPs und 1 ~ 2 Einheiten Thermosequenase (Amersham) beinhaltete. Die Sequenzierungsreaktionen wurden mit einem Thermal Cycier unter nicht-Cycling-Bedingungen durchgeführt: 1 min bei 80°C, 1 min bei 50°C, mit 0,1°C/sek ansteigend von 50°C auf 72°C und 5 min bei 72°C. Die Perlen wurden dann mit 0,7 M Ammoniumcitrat und anschließend mit 0,05 M Ammoniumcitrat gewaschen. Die Sequenzierungsprodukte wurden dann von den Perlen entfernt, indem die Perlen in 2 μl 50 mM NH4OH für 2 min auf 80°C erhitzt wurden. Der Überstand wurde für die MALDI-TOF MS-Analyse verwendet.Four dideoxy termination reactions were performed in separate wells of the microtiter plate. A total of 84 reactions (21 primer x 4 reactions / primer) can be performed in a single microtiter plate. To each well containing immobilized single-stranded template was added a total volume of 10 μl of reaction mixture containing 1X reaction buffer, 10 pmol sequencing primer, 250 mM dNTPs, 25 mM ddNTPs and 1 ~ 2 units thermosequenase (Amersham). The sequencing reactions were performed with a thermal cycler under non-cycling conditions: 1 min at 80 ° C, 1 min at 50 ° C, 0.1 ° C / sec increasing from 50 ° C to 72 ° C, and 5 min 72 ° C. The beads were then washed with 0.7 M ammonium citrate followed by 0.05 M ammonium citrate. The sequencing products were then removed from the beads by heating the beads in 2 μl of 50 mM NH 4 OH for 2 min at 80 ° C. The supernatant was used for MALDI-TOF MS analysis.

Die Matrix wurde hergestellt wie von Kter et al. beschrieben (Kter, H. et al. Nature Biotechnol, 14:1123–1128 (1996)). Diese gesättigte Matrix-Lösung wurde dann mit reinem Wasser 1,52-fach verdünnt, bevor sie verwendet wurde. 0,3 μl der verdünnten Matrix-Lösung wurden dann vor der Verwendung mit reinem Wasser 1,52 fach verdünnt. 0,3 μl der verdünnten Matrix-Lösung wurden auf das Probenziel aufgetragen und kristallisieren gelassen, anschließend wurden 0,3 μl des wässrigen Analyten zugegeben. Ein Perseptive Voyager DE-Massenspektrometer wurde für die Experimente verwendet, und die Proben wurden üblicherweise im manuellen Modus analysiert. Das Ziel und die Mittelplatte wurden nach jedem Laser-Schuss für 200 Nanosekunden bei +18,2 kV gehalten, und dann wurde die Zielspannung auf +20 kV erhöht. Der Ionen-Führungsdraht im Flugrohr wurde bei ca. 2 V gehalten. Normalerweise wurden für jede Probe 250 Laser-Schüsse akkumuliert. Das Originalspektrum wurde bei einer 500 MHz Digitalisierungsfrequenz aufgenommen, und das Endspektrum wurde durch ein 455 Punkt-Mittel geglättet (Savitsky und Golay (1964), Analytical Chemistry 36:1627). Eine Standard-Kalibrierung des Massenspektrometers wurde zur Identifizierung jedes Peaks und zur Zuordnung der Sequenzen verwendet. Zur Rekalibrierung jedes Spektrums wurden die theoretischen Massenwerte von zwei Sequenzierungspeaks verwendet (D. P. Little, T. L. Cornish, M. J. O'Donnel, A. Braun, R. J. Cotter, H. Kter, Anal. Chem., eingereicht).The Matrix was prepared as described by Kter et al. described (Kter, H. et al. Nature Biotechnol, 14: 1123-1128 (1996)). This saturated matrix solution was then diluted 1.52 times with pure water before being used. 0.3 μl of diluted Matrix solution were then diluted 1.52 times with pure water before use. 0.3 μl of the diluted matrix solution applied to the sample target and allowed to crystallize, then were 0.3 μl of the aqueous Analytes added. A Perseptive Voyager DE mass spectrometer was for the experiments were used and the samples became common analyzed in manual mode. The goal and the center plate were after every laser shot for Held at +18.2 kV for 200 nanoseconds, and then the target voltage increased to +20 kV. The ion guide wire in the Pipe was held at about 2 volts. Usually were for each sample 250 laser shots accumulated. The original spectrum was at a 500 MHz digitizing frequency recorded, and the final spectrum was through a 455 point average smoothed (Savitsky and Golay (1964), Analytical Chemistry 36: 1627). A standard calibration The mass spectrometer was used to identify each peak and used to assign the sequences. To recalibrate each Spectrum became the theoretical mass values of two sequencing peaks Little, T.L. Cornish, M.J. O'Donnel, A. Braun, R.J. Cotter, H. Kter, Anal. Chem., Submitted).

ERGEBNISSERESULTS

Abweichungen des p53-Gens wurden als entscheidender Schritt bei der Entwicklung zahlreicher menschlicher Krebserkrankungen angesehen (Greenblatt et al. (1994) Cancer Res 54, 4855–4878; C. C. Harns (1996), J. Cancer 73 261–269; und D. Sidransky und M. Hollstein (1996), Annu. Res. Med. 47:285–301). Mutationen können als molekulare Indikatoren für die Klonalität oder als frühe Marker für einen Rückfall bei einem Patienten mit einer zuvor identifizierten Mutation in einem Primärtumor dienen (Hainaut et al. (1997), Nucleic Acids Res. 25:151–157). Die Krebsprognose kann je nach der Art der vorhandenen p53-Mutationen variieren (H. S. Goh et al. (1995), Cancer Res. 55:5217–5221). Seit der Entdeckung des p53-Gens wurden mehr als 6000 verschiedene Mutationen entdeckt. Die Exons 5–8 wurden als Sequenzierungs-Ziele ausgesucht, wo sich die meisten Mutationen anhäufen (Hainaut et al. (1997), Nucleic Acids Res. 25:151–157).deviations The p53 gene has been considered a crucial step in the development of many human Cancer diseases (Greenblatt et al. (1994) Cancer Res 54, 4855-4878; C.C. Harns (1996), J. Cancer 73 261-269; and D. Sidransky and M. Hollstein (1996), Annu. Res. Med. 47: 285-301). Mutations can be considered molecular indicators for the clonality or as early Markers for a relapse in a patient with a previously identified mutation in a primary tumor (Hainaut et al., 1997, Nucleic Acids Res. 25: 151-157). The Cancer prognosis may vary depending on the type of p53 mutations present (H.S.Goh et al., 1995, Cancer Res. 55: 5217-5221). Since the discovery of the p53 gene became more discovered as 6000 different mutations. The exons were 5-8 Selected as sequencing targets, where most mutations accumulate (Hainaut et al., (1997) Nucleic Acids Res. 25: 151-157).

96 zeigt schematisch das Einzelröhrchen-Verfahren für die Ziel-Amplifikation und -Sequenzierung, die wie ausführlich in Materialien und Methoden beschrieben, durchgeführt wurde. Jedes der Exons 5–8 des p53-Gens wurde mittels PCR amplifiziert, wobei flankierende Primer im Intronbereich verwendet wurden; der stromabwärts gelegene Primer war biotinyliert. Die Amplifikationen der verschiedenen Exons wurden für die Verwendung desselben Cycing-Profils optimiert, und die Produkte wurden ohne weitere Reinigung verwendet. Die PCR-Reaktionen wurden in einer 96-Well-Mikrotiterplatte durchgeführt, und das in einem Well erzeugte Produkt wurde als Matrize für eine Sequenzierungsreaktion verwendet. Streptavidin-beschichtete Magnet-Perlen wurden zu derselben Mikrotiterplatte zugegeben, und die amplifizierten Produkte wurden immobilisiert. Die Perlen wurden dann mit NaOH behandelt, um immobilisierte einzelsträngige DNA als Sequenzierungs-Matrize zu erzeugen. Die Perlen wurden ausgiebig mit Tris-Puffer gewaschen, da zurückbleibende Base die Aktivität des Sequenzierungs-Enzyms verringern würde. 96 Figure 3 shows schematically the single tube method for target amplification and sequencing performed as described in detail in Materials and Methods. Each of exons 5-8 of the p53 gene was amplified by PCR using flanking primers in the intron region; the downstream primer was biotinylated. The amplifications of the various exons were optimized for use of the same cycing profile and the products were used without further purification. The PCR reactions were performed in a 96-well microtiter plate and the product produced in a well was used as template for a sequencing reaction. Streptavidin-coated magnetic beads were added to the same microtiter plate and the amplified products were immobilized. The beads were then treated with NaOH to generate immobilized single-stranded DNA as a sequencing template. The beads were washed extensively with Tris buffer as residual base would reduce the activity of the sequencing enzyme.

Insgesamt 21 Primer wurden ausgewählt, um die Exons 5–8 des p53-Gens mittels Primer-Walking zu sequenzieren. Das Nukleotid am 3'-Ende sämtlicher Primer befindet sich an einer Stelle, an der keine bekannte Mutation existiert. Vier Terminationsreaktionen wurden separat durchgeführt, was insgesamt 84 Sequenzierungsreaktionen auf derselben PCR-Mikrotiterplatte ergab. Für die Sequenzierung wurden Nicht-Cycling Bedingungen verwendet, da Streptavidin beschichtete Perlen die wiederholte Einwirkung hoher Temperatur nicht aushalten. Die Sequenzierungsreaktionen wurden so konzipiert, dass die mt-terminierten Fragmente weniger als 70 Nukleotide aufwiesen, ein Größenbereich der für MALDI-TOF-MS leicht zugänglich ist und dennoch ausreichend lang ist, um in die nächste Primer-Bindungsstelle hinein zu sequenzieren. Thermoquenase war das Enzym der Wahl, da es in der Lage war, reproduzierbar eine hohe Ausbeute an Sequenzierungsprodukten in dem gewünschten Massenbereich zu erzeugen. Nach den Sequenzierungsreaktionen wurden die Perlen mit Ammoniumionenpuffern gewaschen, um alle anderen Kationen zu ersetzen. Die Sequenzleitern wurden dann von den Perlen durch Erhitzen in Ammoniumhydroxid-Lösung oder einfach in Wasser entfernt.All in all 21 primers were selected around the exons 5-8 of the p53 gene by primer walking. The nucleotide at the 3'-end of all Primer is at a location where there is no known mutation exist. Four termination reactions were performed separately, which a total of 84 sequencing reactions on the same PCR microtiter plate revealed. For the sequencing was used non-cycling conditions since Streptavidin coated beads have a high repetitive effect Temperature can not stand. The sequencing reactions were designed so that the mt-terminated fragments are less than 70 Nucleotides had a size range the for MALDI-TOF-MS easy accessible and yet is long enough to enter the next primer binding site to sequence into. Thermoquenase was the enzyme of choice since it was able to reproducibly produce a high yield of sequencing products in the desired Generate mass range. After the sequencing reactions were washed the beads with ammonium ion buffers to all other cations to replace. The sequence ladders were then passed through by the beads Heat in ammonium hydroxide solution or just removed in water.

Ein Sub-Mikroliter-Aliquot jeder der 84 Sequenzierungsreaktionen wurde auf einen MS-Probenhalter gegeben, der mit Matrix vorbeladen war. 94 zeigt ein Beispiel für Sequenzierungsdaten, die mit einem Primer erzeugt wurden; vier Spektren sind übereinandergelegt.A sub-microliter aliquot of each of the 84 sequencing reactions was added to an MS sample holder preloaded with matrix. 94 shows an example of sequencing data generated with a primer; four spectra are superimposed.

Sämtliche Sequenzierungspeaks waren in dem Massenbereich, der zum Einlesen in die nächste Sequenzierungs-Primerstelle erforderlich war, gut aufgelöst. Manchmal wurden doppelt geladene Peaks beobachtet, die leicht identifiziert werden konnten, indem die Masse mit der eines einfach geladenen Ions korreliert wurde. Falsche Abbrüche, die durch eine frühzeitige Termination der Enzymextension hervorgerufen werden, können in der Nähe der Primer-Stelle beobachtet werden. Da die Massenauflösung hoch genug ist, können die Peaks der falschen Abbrüche leicht von echten Sequenzierungspeaks unterschieden werden, indem der Massenunterschied der benachbarten Peaks berechnet wird und die vier Spektren verglichen werden. Außerdem lieferten mt-Primer nachweisbare Daten über den Bereich der stromabwärts gelegenen Primer-Bindungsstelle, sodass der Bereich der falschen Abbrüche abgedeckt wurde.All Sequencing peaks were in the mass range for reading in the next Sequencing primer required, well resolved. Sometimes Double charged peaks were observed, which easily identified could be by adding the mass to that of an simply charged one Ions was correlated. False crashes caused by early Termination of enzyme extension can be induced in nearby the primer site can be observed. Because the mass resolution high is enough, can the Peaks of false crashes can be readily distinguished from true sequencing peaks by: the mass difference of the neighboring peaks is calculated and the four spectra are compared. In addition, provided mt primer detectable data about the area of the downstream located primer binding site, so that the area of the wrong aborts was covered.

Unter Verwendung optimierter Amplifikations-, Sequenzierungs- und Konditionierungs-Verfahren wurden die Exons 5–8 des p53-Gens erfolgreich sequenziert. Die korrekten Wildtyp-Sequenzdaten wurden von allen Exons mit einer Massenauflösung von etwa 300 bis 800 über den gesamten Massenbereich erhalten. Die Gesamtmassengenauigkeit beträgt 0,05% oder besser. Die durchschnittliche Menge jedes auf einen MS-Probenhalter aufgetragenen Sequenzierungsfragmentes wird auf 50 fmol oder weniger geschätzt.Under Use of optimized amplification, sequencing and conditioning procedures the exons became 5-8 of the p53 gene was successfully sequenced. The correct wild-type sequence data were from all exons with a mass resolution of about 300 to 800 over the entire mass range obtained. The total mass accuracy is 0.05% or better. The average amount of each on an MS sample holder applied sequencing fragment becomes 50 fmol or less estimated.

Dieses Beispiel zeigt die Machbarkeit der Sequenzierung von Exons eines menschlichen Gens durch MALDI-TOF-MS. Im Vergleich zu einer automatischen Fluoreszenz-DNA-Sequenzierung auf Gel-Basis sind die Leselängen kürzer. Es kann eine Mikrochip-Technologie eingesetzt werden, die ein paralleles Verarbeiten ermöglicht. Die in der Mikrotiterplatte erzeugten Sequenzierprodukte können direkt auf einen Mikrochip übertragen werden, der als Startplattform für die MALDI-TOF-MS-Analyse dient. Roboter-betriebene serielle und parallele Nanoliter-Dosierungssysteme werden verwendet, um Anordnungen von 100–1000 DNA-Proben auf Chips mit < 1 Zoll2 mit flacher oder geometrisch veränderter Oberfläche (z. B. mit Wells) zur schnellen Massenspektrometrie-Analyse unterzubringen.This example demonstrates the feasibility of sequencing exons of a human gene by MALDI-TOF-MS. Compared to automatic gel-based fluorescence DNA sequencing, read lengths are shorter. A microchip technology can be used which allows parallel processing. The sequencing products generated in the microtiter plate can be transferred directly to a microchip, which serves as a starting platform for the MALDI-TOF-MS analysis. Robot-operated serial and parallel nanoliter dosing systems are used to accommodate arrays of 100-1000 DNA samples on <1 inch 2 flat or geometrically altered surface (eg, wells) chips for rapid mass spectrometry analysis.

94 zeigt ein MS-Spektrum, das auf einem Chip erhalten wurde, bei dem die Probe mit einer Stift-Vorrichtung von einer Mikrotiterplatte übertragen wurde. Die geschätzte Menge jedes aufgetragenen Terminationsproduktes beträgt 5 fMol oder weniger, was in dem Mengenbereich liegt, der bei der konventionellen Sanger-Sequenzierung mit Radioaktiv- oder Fluoreszenz-Nachweis verwendet wird (0,5–1 fMol pro Fragment). Das Auftragen geringer Volumina von MALDI-Proben besitzt die Vorteile der Miniaturisierung (verringerter Verbrauch an Reagenzien), verbesserte Reproduzierbarkeit und automatische Signalaufnahme. 94 Figure 4 shows an MS spectrum obtained on a chip where the sample was transferred from a microtiter plate with a pen device. The estimated amount of each applied termination product is 5 fmoles or less, which is in the amount range used in conventional Sanger sequencing with radioactive or fluorescent detection (0.5-1 fmol per fragment). Applying low volumes of MALDI samples has the advantages of miniaturization (reduced reagent consumption), improved reproducibility and automatic signal acquisition.

BEISPIEL 26EXAMPLE 26

Direkter Nachweis von synthetischer und biologisch erzeugter doppelsträngiger DNA durch MALDI-TOF-MSDirect detection of synthetic and biologically generated double-stranded DNA by MALDI-TOF-MS

Einleitungintroduction

Typischerweise ergibt die Matrix-unterstützte Laser-Desorptionsionisation (Karas et al. (1989), Int. J. Mass Spectrom, Ion Processes 92, 231) Flugzeit-Massenspektrometrie (MALDI-TOFMS) von DNA-Molekülen, die in Lösung doppelsträngig (ds) sind, molekulare Ionen, die die beiden einzelsträngigen Komponenten repräsentieren (Tang et al. (1994), Rapid Commun. Mass Spectrom. 8:183; Tang et al. (1995), Nucleic Acids Res. 23:3126; Renner et al. (1995), Rapid Commun. Mass Spectrom. 9:537; Liu et al. (1995), Anal. Chem. 67:3482; Siegert et al. (1996), Anal. Biochem. 243:55 und Doktycz et al. (1995), Anal. Biochem. 230:205); dies wurde in mehreren Berichten beobachtet, die sich mit biologisch erzeugter DNA aus einer Polymerasekettenreaktions (PCR)-Amplifikation beschäftigen (Tang et al. (1994), Rapid Commun. Mass Spectrom. 8:183; Liu et al. (1995), Anal. Chem. 67:3482; Siegert et al. (1996), Anal. Biochem. 243:55 und Doktycz et al. (1995), Anal. Biochem. 230:205). Es ist nicht klar, ob der Doppelstrang wegen des verringerten pH-Wertes in der Matrix-Umgebung destabilisiert wird oder wegen der Absorbtion des Doppelstranges während der Desorption/Ionisation/Beschleunigung mit einer Energie, die ausreichend ist, um die anziehenden van der Waals- und die „Stacking"-Stabilisierungs-Kräfte zu überwinden (Cantor und Shimmel, Biophysical Chemistry Teil 1: The conformation of Biomolecules, W. H. Freeman, New York (1980) 176). Wenn der Analyt in hohen Konzentrationen vorliegt, so ist die Bildung nicht-spezifischer Gasphasen-DNA-Multimere wie bei Proteinen (Kares et al. (1989), Int. J. Mass. Spectrom. Ion Processes 92:231) üblich; Lecchi und Pannell (Lecchi et al. (1995) J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 6:972) haben jedoch einen starken Beweis dafür geliefert, dass eine spezifische Watson Crick-(WC)-Basenpaarung in der Gasphase beibehalten wird. Sie entdeckten diese spezifischen Dimere bei der Verwendung von 6-Aza-2-thiothymin als Matrix, beobachteten diese aber nicht mit einer 3-Hydroxypicolinsäure (3-DPA)- oder 2,4,6-Hydroxyacetophenon-MatriX. Wie nachstehend beschrieben, ist bei Verwendung einer geringen Beschleunigungsspannung der Ionen und durch Herstellung von Proben für die MALDI-Analyse bei niedrigeren Temperaturen, ein routinemäßiger Nachweis von dsDNA möglich.typically, gives the matrix-supported Laser desorption ionization (Karas et al., (1989) Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes 92, 231) Time of flight mass spectrometry (MALDI-TOFMS) of DNA molecules that in solution double stranded (ds) are molecular ions that are the two single-stranded components represent (Tang et al., 1994, Rapid Commun. Mass Spectrom. 8: 183, Tang et al. (1995), Nucleic Acids Res. 23: 3126; Renner et al. (1995), Rapid Commun. Mass Spectrom. 9: 537; Liu et al. (1995), Anal. Chem. 67: 3482; Siegert et al. (1996), Anal. Biochem. 243: 55 and Doktycz et al. (1995) Anal. Biochem. 230: 205); this has been observed in several reports associated with biologically generated DNA from a polymerase chain reaction (PCR) amplification employ (Tang et al., 1994, Rapid Commun. Mass Spectrom., 8: 183, Liu et al. (1995), Anal. Chem. 67: 3482; Siegert et al. (1996), Anal. Biochem. 243: 55 and Doktycz et al. (1995), Anal. Biochem. 230: 205). It is not clear if the duplex because of the decreased pH is destabilized in the matrix environment or because of the absorption of the double strand during desorption / ionization / acceleration with an energy that is sufficient to overcome the attractive van der Waals and stacking stabilization forces (Cantor and Shimmel, Biophysical Chemistry Part 1: The Conformation of Biomolecules, W.H. Freeman, New York (1980) 176). When the analyte is present in high concentrations, so the formation is non-specific Gas phase DNA multimers as in proteins (Kares et al., (1989) Int. J. Mass. Spectrom. Ion Processes 92: 231); Lecchi and Pannell (Lecchi et al., (1995) J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 6: 972) have provided strong evidence that a specific Watson Crick (WC) base pairing in the gas phase is maintained. They discovered these specific dimers when using 6-aza-2-thiothymine as a matrix, but did not observe it with a 3-hydroxypicolinic acid (3-DPA) - or 2,4,6-hydroxyacetophenone MatriX. As described below, is when using a low acceleration voltage of the ions and by preparing samples for MALDI analysis at lower Temperatures, a routine proof possible from dsDNA.

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Synthetische DNA. Oligonukleotide wurden auf einem Perspective Expedite DNA-Synthesegerät synthetisiert (Sinha et al. (1984), Nucleic Acids Res. 12, 4539) und im Haus durch Reversephasen-HPLC gereinigt. Die Sequenzen waren: 50-mer (15337 Da): 5'-TTG CGT ACA CAC TGG CCG TCG TTT TAC AAC GTC GTG ACT GGG AAA ACC CT-3' (SEQ ID Nr. 109); 27-merc (komplementär, 8343 Da): 5'-GTA AAA CGA CGG CCA GTG TGT ACG CAA-3' (SEQ ID Nr. 110); 27- mernc (nicht-komplementär, 8293 Da): 5'-TAC TGG AAG GCG ATC TCA GCA ATC AGC-3' (SEQ ID Nr. 111). 100 μM Stammlösungen wurden unter Verwendung von 18 MOhm/cm H2O auf 20, 10, 5 und 2,5 μM verdünnt. Jeweils 2 μl der äquimolaren Lösungen des 50-mers und entweder des 27-mersc oder des 27-mersnc wurden vermischt und man ließ sie für 10 min bei Raumtemperatur annelieren. 0,5 μl dieser Gemische wurden direkt auf einem Probenziel mit 1 μl Matrix (0,7 M 3-HPA, 0,07 M Ammoniumcitrat in 50%-igem Acetonitril) vermischt und an der Luft trocknen gelassen.Synthetic DNA. Oligonucleotides were synthesized on a Perspective Expedite DNA Synthesizer (Sinha et al., 1984, Nucleic Acids Res. 12, 4539) and purified in house by reverse phase HPLC. The sequences were: 50-mer (15337 Da): 5'-TTG CGT ACA CAC TGG CCG TCG TTT TAC AAC GTC GTG ACT GGG AAA ACC CT-3 '(SEQ ID NO: 109); 27-mer c (complementary, 8343 Da): 5'-GTA AAA CGA CGG CCA GTG TGT ACG CAA-3 '(SEQ ID NO: 110); 27-mer nc (non-complementary, 8293 Da): 5'-TAC TGG AAG GCG ATC TCA GCA ATC AGC-3 '(SEQ ID NO: 111). 100 μM stock solutions were diluted to 20, 10, 5 and 2.5 μM using 18 MOhm / cm H 2 O. In each case 2 μl of the equimolar solutions of the 50-mer and either of the 27-mer c or the 27-mer nc were mixed and allowed to anneal for 10 minutes at room temperature. 0.5 μl of these mixtures were mixed directly on a sample target with 1 μl matrix (0.7 M 3-HPA, 0.07 M ammonium citrate in 50% acetonitrile) and allowed to air dry.

Biologische DNA. Es wurde eine enzymatische Spaltung menschlicher genomischer Leukozyten-DNA durchgeführt. Die PCR-Primer (Vorwärts, 5'-GGC ACG OCT GTC CAA GGA G-3 (SEQ ID Nr. 112); Rückwärts, 5'-AGG CCG CGC TCG GCG CCC TC-3' (SEQ ID Nr. 113)) zur Amplifikation eines Teils von Exon 4 des Apolipoprotein-E-Gens wurden aus der veröffentlichten Sequenz (Das et al. (1985), J. Biol. Chem. 260:6240) abgeleitet. Taq-Polymerase und 10×-Puffer wurden von Boehringer-Mannheim (Deutschland) bezogen und die dNTPs von Pharmacia (Freiburg, Deutschland). Das Gesamt-Reaktionsvolumen betrug 50 μl einschließlich 20 pMol jedes Primers und 10% DMSO (Dimethylsulfoxid, Sigma) mit ungefähr 200 ng genomischer DNA als Matrize. Die Lösungen wurden vor der Zugabe von IU-Polymerase auf 80°C erhitzt. Die PCR-Bedingungen waren: 2 min bei 94°C, gefolgt von 40 Zyklen mit 30 sek bei 94°C, 45 sek bei 63°C, 30 sek bei 72°C, und einer abschließenden Extensionszeit von 2 min bei 72°C. Es wurden keine quantitativen Daten zur Bestimmung der endgültigen Ausbeute an amplifiziertem Produkt gesammelt, es jedoch wurde geschätzt, dass –2pmol für den enzymatischen Verdau verfügbar waren.biological DNA. It was an enzymatic cleavage of human genomic Leukocyte DNA performed. The PCR primers (forward, 5'-GGC ACG OCT GTC CAA GGA G-3 (SEQ ID NO: 112); Backward, 5'-AGG CCG CGC TCG GCG CCC TC-3 '(SEQ ID No. 113)) for amplifying a part of exon 4 of the apolipoprotein E gene the published Sequence (Das et al., (1985) J. Biol. Chem. 260: 6240). Taq polymerase and 10x buffer were from Boehringer-Mannheim (Germany) and the dNTPs from Pharmacia (Freiburg, Germany). The total reaction volume was 50 μl, including 20 pmoles of each primer and 10% DMSO (dimethylsulfoxide, Sigma) with approximately 200 ng of genomic DNA as Die. The solutions were prior to the addition of IU polymerase at 80 ° C heated. PCR conditions were: 2 min at 94 ° C followed by 40 cycles with 30 sec at 94 ° C, 45 sec at 63 ° C, 30 sec at 72 ° C, and a final one Extension time of 2 min at 72 ° C. There were no quantitative data to determine the final yield but it was estimated that -2pmol for the enzymatic Digest available were.

Cfol und Rsal und Reaktionspuffer L wurden von Boehringer-Mannheim bezogen. 20 μl der amplifizierten Produkte wurden mit 15 μl Wasser und 4 μl Puffer L verdünnt; nach Zugabe von 10 Einheiten der Restriktionsenzyme wurden die Proben für 60 min bei 37°C inkubiert. Zur Präzipitation der Verdauprodukte wurden 5 μl 3 M Ammoniumacetat (pH 6,5), 5 μl Glykogen (Braun et al. (1997), Clin. Chem. 43, 1151) (10 mg/ml, Sigma) und 110 μl absolutes Ethanol zu 50 μl der Analyt-Lösungen zugegeben und 1 Stunde bei Raumtemperatur gelagert. Nach 10-minütiger Zentrifugation bei 13.000 × g wurde das Sediment in 70%igem Ethanol gewaschen und in 1 μl 18 MOhm/cm H2O resuspendiert.Cfol and Rsal and reaction buffer L were purchased from Boehringer Mannheim. 20 μl of the amplified products were diluted with 15 μl of water and 4 μl of buffer L; after addition of 10 units of restriction enzymes, the samples were incubated at 37 ° C for 60 min. For the precipitation of the digestion products, 5 μl 3 M ammonium acetate (pH 6.5), 5 μl glycogen (Braun et al. (1997), Clin. Chem. 43, 1151) (10 mg / ml, Sigma) and 110 μl absolute ethanol added to 50 .mu.l of the analyte solutions and ge for 1 hour at room temperature outsourced. After centrifugation at 13,000 × g for 10 minutes, the sediment was washed in 70% ethanol and resuspended in 1 μl of 18 MOhm / cm H 2 O.

Probenpräparation und Analyse durch MALDI-TOF-MS. 0,35 μl der resuspendierten DNA wurden mit 0,35–1,3 μl Matrixlösung (0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure (3-HPA), 0,07 M Ammoniumcitrat in 1:1 H2O:CH3CN) (Wu et al. (1993), Rapid Commun. Mass Spectrom. 7142) auf einer Edelstahl-Probenzielscheibe gemischt und vor der Aufnahme des Spektrums mit einem Thermo Bioanalysis Vision 2000 MALDI-TOF Gerät, das im Positiv-Ionen-Reflektron-Modus mit 5 und 20 kV an der Ziel- bzw. der Umwandlungsdynode betrieben wurde, an der Luft getrocknet. Die theoretischen durchschnittlichen Molekülmassen (Mr(ber.)) der Fragmente wurden aus den atomaren Zusammensetzungen berechnet; die Masse eines Protons (1,08 Da) wurde von den Rohdaten-Werten bei der Aufzeichnung experimenteller Molekülmassen (Mr(exp)) als neutrale Grundlage subtrahiert. Die aus acht Peaks (2000–18.000) erhaltene externe Kalibrierung wurde für sämtliche Spektren verwendet.Sample preparation and analysis by MALDI-TOF-MS. 0.35 μl of the resuspended DNA was mixed with 0.35-1.3 μl matrix solution (0.7 M 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA), 0.07 M ammonium citrate in 1: 1 H 2 O: CH 3 CN) ( Wu et al., 1993, Rapid Commun. Mass Spectrom., 7142) on a stainless steel sample target and prior to taking the spectrum with a Thermo Bioanalysis Vision 2000 MALDI-TOF device operating in positive ion reflectron mode at 5 and 20 kV was operated at the target and conversion dynodes, respectively, dried in air. The theoretical average molecular weights (M r (calc.)) Of the fragments were calculated from the atomic compositions; the mass of a proton (1.08 Da) was subtracted from the raw data values in recording experimental molecular masses (M r (exp)) as a neutral basis. The external calibration obtained from eight peaks (2000-18,000) was used for all spectra.

Ergebnisse und DiskussionResults and discussion

96A ist ein MALDI-TOF-Massenspektrum eines Gemisches des synthetischen 50-mers mit dem (nicht-komplementären) 27-mernc (jeweils 10 μM, die höchste in dieser Untersuchung verwendete Endkonzentration); die Laser-Energie wurde auf wenig oberhalb der Schwellenbestrahlung für die Ionisation eingestellt. Die Peaks bei 8,30 und 15,34 kDa veranschaulichen einzeln geladene Ionen, die von den 27-mer- bzw. 50-mer-Einzelsträngen herrühren. Schlecht aufgelöste schwache Signale bei –16,6 und –30,7 kDa stellen Homodimere des 27- bzw. 50-mers dar; dasjenige bei 23,6 kDa stimmt mit einem Heterodimer überein, das einen 27-mer- und einen 50-mer-Strang enthält. Somit wurden wenig intensive Dimer-Ionen beobachtet, die sämtliche möglichen Kombinationen der beiden nicht-komplementären Oligonukleotide darstellen (27 + 27; 27 + 50; 50 + 50). Ein Erhöhen der Bestrahlung sogar bis zu einem Punkt, an dem die Depurinierungs-Peaks das Spektrum beherrschten, ergab etwas höhere Intensitäten für diese Dimer-Peaks. Man beachte, dass die Hybridisierung bei Raumtemperatur und mit einer sehr geringen Salzkonzentration durchgeführt wurde, d. h. unter Bedingungen, bei denen eine nicht-spezifische Hybridisierung erfolgen kann. 96A is a MALDI-TOF mass spectrum of a mixture of the synthetic 50-mer with the (non-complementary) 27-mer nc (each 10 μM, the highest final concentration used in this study); the laser energy was set just above the threshold irradiation for ionization. The peaks at 8.30 and 15.34 kDa illustrate singly charged ions resulting from the 27-mer and 50-mer single strands, respectively. Poorly resolved weak signals at -16.6 and -30.7 kDa represent homodimers of the 27- and 50-mer, respectively; that at 23.6 kDa is consistent with a heterodimer containing a 27-mer and a 50-mer strand. Thus, less intense dimer ions were observed, representing all possible combinations of the two non-complementary oligonucleotides (27 + 27, 27 + 50, 50 + 50). Increasing the irradiance even to a point where the depurination peaks dominated the spectrum gave slightly higher intensities for these dimer peaks. Note that hybridization was performed at room temperature and with a very low salt concentration, ie under conditions where non-specific hybridization can occur.

96 zeigt ein MALDI-TOF-Spektrum des gleichen 50-mers im Gemisch mit dem (komplementären) 27-merc; die Endkonzentration jedes Oligonukleotids betrug wiederum 10 μM. Unter Verwendung der gleichen Laserenergie wie in 96A wurden wieder intensive Signale bei 88,34 und 15,34 kDa beobachtet, die dem einzelsträngigen 27- bzw. 50-mer entsprachen. Homodimer-Peaks (27 + 27; 50 + 50) waren im Hintergrundrauschen kaum wahrzunehmen; jedoch herrschten die einzeln (23,68 kDa) und doppelt (11,84 kDa) geladenen Heterodimer-Peaks (27 + 50) vor. Der 23,68 kDa-Dimer-Peak konnte zwar aus allen Bestrahlungspositionen nachgewiesen werden, seine Intensität im Verhältnis zu den Monomer-Peaks variierte jedoch leicht von Punkt zu Punkt. Die Wiederholung des Experimentes mit einzelnen Oligonukleotid-Konzentrationen von 5, 2,5 und 1,25 μM ergab abnehmende Mengen des 27-/50-mer-Watson-Crick-Dimer-Peaks im Verhältnis zu den 27- und 50-mer-Einzelstrang-Peaks. Bei den niedrigsten Konzentrationen war die Beobachtung des Dimers „kristallabhängig", d. h. die Bestrahlung einiger Kristalle erzeugte ein signifikantes 27-/50-mer-Dimer-Signal, wohingegen andere Kristalle reproduzierbar nur ein sehr schwaches oder kein Signal ergaben. Dies zeigt, dass der Einbau von dsDNA in die Matrix-Kristalle oder die Wirksamkeit, mit der diese Wechselwirkung während des Ionisations-/Desorptions-Verfahrens aufrechterhalten wird, von den mikroskopischen Eigenschaften der Kristalle abhängt, und/oder dass starke Konzentrationsgradienten des Doppelstrangs in der Probe vorliegen. 96 shows a MALDI-TOF spectrum of the same 50-mer mixed with the (complementary) 27-mer c ; the final concentration of each oligonucleotide was again 10 μM. Using the same laser energy as in 96A Again, intense signals at 88.34 and 15.34 kDa were observed, corresponding to the single-stranded 27 and 50-mer, respectively. Homodimer peaks (27 + 27; 50 + 50) were barely noticeable in background noise; however, the single (23.68 kDa) and double (11.84 kDa) charged heterodimer peaks (27 + 50) predominated. Although the 23.68 kDa dimer peak could be detected from all irradiation positions, its intensity in relation to the monomer peaks varied slightly from point to point. Repetition of the experiment with single oligonucleotide concentrations of 5, 2.5 and 1.25 μM resulted in decreasing amounts of the 27- / 50-mer Watson-Crick dimer peak relative to the 27- and 50-mer single-stranded peaks. At the lowest concentrations, the observation of the dimer was "crystal-dependent," ie, the irradiation of some crystals produced a significant 27- / 50-mer dimer signal, whereas other crystals reproducibly gave only a very weak or no signal Incorporation of dsDNA into the matrix crystals or the efficiency with which this interaction is maintained during the ionization / desorption process depends on the microscopic properties of the crystals, and / or that strong concentration gradients of the duplex are present in the sample.

Die Spektren in 96 liefern somit einen starken Beweis dafür, dass spezifische WC-Basen-gepaarte dsDNA unter Verwendung schwacher Laser-Bedingungen mit höheren Oligonukleotid-Konzentrationen in diesem Massenbereich beobachtet werden kann – das erste Mal, dass dies unter Verwendung einer 3-HPA-Matrix beschrieben wird. Die Untersuchung wurde auf ein komplexes Gemisch aus dsDNA ausgedehnt, das aus einem enzymatischen Verdau (Rsal/Cfol) eines Bereichs von Exon 4 des Apolipoprotein-E-Gens stammte (Das et al. (1985), J. Biol. Chem. 260, 6240; die erwarteten Fragmentmassen sind in Tabelle IX angegeben. Tabelle IX Cfol/Rsal-Verdauprodukte von Exon 4 des ApoE-Gens Basenb ssDNA (Da) dsDNA (Da)- (+) (–) (+) (–) 11 13 3428 4025 7453 16 5004 4924 9928 18 5412 5750 11162 17 19 5283 5880 11163 19 5999 5781 11780 24 22 7510 6745 14225 31 29 9628 9185 18813 36 38 11279 11627 22906 48 14845 14858 29703 55 53 17175 16240 33415

  • aDas ε3-Allel hat keine 17/19- oder 19/19-Paare; das ε4-Allel enthält kein 36/38-Paar.
  • b(+) Sense-Strang, (–) Antisense-Strang.
The spectra in 96 thus provide strong evidence that specific WC-base paired dsDNA can be observed using weak laser conditions with higher oligonucleotide concentrations in this mass range - the first time that this is described using a 3-HPA matrix. The assay was extended to a complex mixture of dsDNA derived from an enzymatic digest (Rsal / Cfol) of a region of exon 4 of the apolipoprotein E gene (Das et al. (1985) J. Biol. Chem. 6240, the expected fragment masses are given in Table IX. Table IX Cfol / Rsal digestion products of exon 4 of the ApoE gene Bases b ssDNA (There) dsDNA (Da) - (+) (-) (+) (-) 11 13 3428 4025 7453 16 5004 4924 9928 18 5412 5750 11162 17 19 5283 5880 11163 19 5999 5781 11780 24 22 7,510 6745 14225 31 29 9628 9185 18813 36 38 11279 11627 22906 48 14845 14858 29703 55 53 17175 16240 33415
  • a The ε3 allele has no 17/19 or 19/19 pairs; the ε4 allele does not contain a 36/38 pair.
  • b (+) sense strand, (-) antisense strand.

Nach dem Verdauschritt wurden die Proben gereinigt und durch Ethanolfällung aufkonzentriert und in 1 μl H2O resuspendiert, bevor sie bei Raumtemperatur mit der Matrix auf dem Probenziel gemischt wurden. Etwa 20 Peaks, deren Masse im Bereich von 3,4–17,2 kDa lag, wurden im MALDI-Spektrum der Produkte aufgelöst (97A), die alle mit denaturierten einzelsträngigen Komponenten des Doppelstrangs übereinstimmten (Tabelle IX). Viele solcher Analysen ähnlicher biologischer Produkte über einen Zeitraum von Monaten ergaben auch Spektren mit vernachlässigbarer dsDNA, was mit früheren Berichten übereinstimmt (Tang el al. (1994), Rapid Commun. Mass Spectrom. 8:183; Liu et al. (1995), Anal. Chem. 67: 3482; Siegert et al. (1996), Anal. Biochem. 243:55; und Doktycz et al. (1995), Anal. Biochem. 230:205); im Gegensatz dazu wurden intakte Doppelstränge unter ähnlichen Bedingungen für die synthetische DNA (96A) beobachtet. Die Strangkonzentration, die nach den biologischen Reaktionen verfügbar war, lässt sich schwer abschätzen, sie ist jedoch wahrscheinlich weitaus geringer als diejenige, bei der die Dimerisierung synthetischer Proben vorlag. Außerdem kann die Aufrechterhaltung spezifischer Hybride innerhalb des synthetischen Zweikomponenten-Gemischs gegenüber dem viel komplexeren Gemisch von 20 einzelsträngigen DNA-Komponenten aus der Spaltung kinetisch begünstigt sein.After the digestion step, the samples were purified and concentrated by ethanol precipitation and resuspended in 1 μl H 2 O before mixing at room temperature with the matrix on the sample target. About 20 peaks with masses in the range of 3.4-17.2 kDa were resolved in the MALDI spectrum of the products ( 97A ), all consistent with denatured single-stranded double-stranded components (Table IX). Many such analyzes of similar biological products over a period of months also yielded negligible dsDNA spectra, consistent with previous reports (Tang et al., 1994, Rapid Commun. Mass Spectrom., 8: 183, Liu et al., 1995), Anal Chem 67: 3482, Siegert et al (1996), Anal Biochem 243: 55, and Doktycz et al (1995) Anal Biochem 230: 205); in contrast, intact duplexes were prepared under similar conditions for the synthetic DNA ( 96A ). The strand concentration that was available after the biological reactions is difficult to estimate, but it is probably much lower than that at which dimerization of synthetic samples was present. Additionally, maintaining specific hybrids within the synthetic bicomponent mixture may be kinetically favored over the much more complex mixture of 20 single-stranded DNA components from the cleavage.

Die Wirkung einer niedrigeren Temperatur auf die Aufrechterhaltung von dsDNA wurde untersucht. Ein Aliquot der verdauten DNA-Lösung, die Matrix, Pipette, Pipettenspitzen und das Edelstahl-Probenziel wurden in einer "Kältekammer" bei 4°C für 15 min gelagert; wie bei normalen Präparationen wurden die Matrix und dann der Analyt punktförmig auf das Ziel aufgetragen und unter Trocknen an der Luft cokristallisieren gelassen. Die Kristallisation für die Gemische von 300 nl 3-HPA (50% Acetonitril) mit 300 nl Analyt benötigte ~ 1 min bei Raumtemperatur, aber 15 min bei niedrigerer Temperatur. Proben-Punkte, hergestellt in der Kältekammer-Umgebung, enthielten gewöhnlich einen hohen Anteil an großen transparenten Kristallen.The Effect of a lower temperature on the maintenance of dsDNA was examined. An aliquot of the digested DNA solution, the Matrix, pipette, pipette tips and the stainless steel sample target were placed in a "cold chamber" at 4 ° C for 15 min stored; as with normal preparations The matrix and then the analyte were applied to the target in a punctiform manner and allowed to co-crystallize under drying in the air. The crystallization for the Mixtures of 300 nl 3-HPA (50% acetonitrile) with 300 nl of analyte required ~ 1 min at room temperature, but 15 min at lower temperature. Sample points prepared in the cold chamber environment contained usually a high proportion of large ones transparent crystals.

Die MALDI-TOF-Analyse eines bei verringerter Temperatur hergestellten ApoE-Verdau-Aliquots ergab das Spektrum in 97B. Der Niedrigmasse-Bereich schien dem in 97A qualitativ ähnlich zu sein, jedoch wurden oberhalb von 8 kDa drastische Unterschiede beobachtet. In 97A wurden nur Signale, die mit den Einzelsträngen (Tabelle IX) in Einklang waren, beobachtet, die in der Kältekammer präparierten Proben der 97B ergaben jedoch keine Signale für die gleichen Massen, ausgenommen unterhalb von 8 kDa. Sogar noch auffälliger waren die zusätzlichen Hochmasse-Peaks in 97B; diese repräsentieren eindeutig Dimer-Peaks, die Komponenten geringerer Masse enthalten. Genauso wie bei der synthetischen DNA war es wichtig zu bestimmen, ob es sich dabei um nicht-spezifische Heterodimere, spezifische WC-Heterodimere oder nicht-spezifische Homodimere handelt. Man betrachte zunächst das 33,35 kDa-Fragment. Ignoriert man die unwahrscheinliche Möglichkeit, dass das Hochmasse-Fragment ein Trimer oder ein höheres Multimer ist, so darf es als Dimer nur die ssDNA-Komponenten der höchsten Masse enthalten, d. h. > 16 kDa. Die Homodimerisierung der 15,24 und 17,18 kDa-Fragmente würde 32,49 bzw. 34,35 kDa-Peaks ergeben; entsprechende Massenfehler für diese unrichtigen Zuordnungen, im Verhältnis zu den beobachteten 33,35 kDa wären –2,6% bzw. +3,0%. Eine weitaus bessere Übereinstimmung wird erzielt, wenn dieser Peak von einem Heterodimer der beiden Einzelstrang-Fragmente der höchsten Masse stammt; ihre addierte Masse (16,24 + 17,18 = 33,42 kDa) unterschied sich um 0,2% von der beobachteten Dimermasse 33,35 kDa, ein annehmbarer Massenfehler für die MALDI-TOF-Analyse großer DNA-Fragmente mittels externer Kalibrierung. Das 29,66 kDa-Fragment wurde entsprechend nur um 0,13% niedriger als die 29,70 kDa gemessen, die für ein Heterodimer aus 48-meren erwartet wurde; die Summe anderer möglicher Homodimere oder Heterodimere lag nicht innerhalb eines angemessenen Bereichs dieser Masse. Ähnliche Argumente könnten für die 22,89- und 18,83 kDa-Fragmente vorgebracht werden, die 36-/38-mer- bzw. 31-/29-Heterodimere darstellen; das Signal bei 14,86 kDa entspricht dem einfach geladenen einzelsträngigen und dem doppelt geladenen doppelsträngigen 48-mer. Die Übereinstimmung der Massen in 97B über 15 kDa mit derjenigen von dsDNA, die bei dieser Spaltung erwartet wird, und das Fehlen von Homodimeren und nicht-spezifischen Heterodimeren bei Zufallsmassen, zeigte, dass die Basenpaarungen tatsächlich sehr spezifisch waren und lieferte einen weiteren Beweis dafür, dass Gasphasen-WC-Wechselwirkungen in MALDI-erzeugten Ionen aufrecht erhalten werden können.MALDI-TOF analysis of a reduced temperature ApoE digestion aliquot revealed the spectrum in 97B , The low mass range seemed to be in 97A However, over 8 kDa drastic differences were observed. In 97A Only signals consistent with the single strands (Table IX) were observed, and samples prepared in the cold chamber were analyzed 97B however, did not give signals for the same masses, except below 8 kDa. Even more noticeable were the extra high-mass peaks in 97B ; these clearly represent dimer peaks containing lower mass components. As with synthetic DNA, it was important to determine whether these are non-specific heterodimers, specific WC heterodimers, or non-specific homodimers. Consider first the 33.35 kDa fragment. Ignoring the unlikely possibility that the high-mass fragment is a trimer or a higher multimer, it may contain as dimer only the ssDNA components of the highest mass, ie> 16 kDa. Homodimerization of the 15.24 and 17.18 kDa fragments would give 32.49 and 34.35 kDa peaks, respectively; correspond en Mass errors for these incorrect assignments, in relation to the observed 33.35 kDa would be -2.6% and + 3.0%, respectively. A much better match is achieved when this peak is from a heterodimer of the two single-stranded fragments of highest mass; their added mass (16.24 + 17.18 = 33.42 kDa) differed by 0.2% from the observed dimer mass 33.35 kDa, an acceptable mass error for MALDI-TOF analysis of large DNA fragments by external calibration , The 29.66 kDa fragment was correspondingly measured only 0.13% lower than the 29.70 kDa expected for a 48-mer heterodimer; the sum of other possible homodimers or heterodimers was not within a reasonable range of this mass. Similar arguments could be advanced for the 22.89 and 18.83 kDa fragments, which are 36- / 38-mer and 31- / 29-heterodimers respectively; the signal at 14.86 kDa corresponds to the singly charged single-stranded and doubly charged double-stranded 48-mer. The agreement of the masses in 97B above 15 kDa with that of dsDNA expected in this cleavage and the absence of homodimers and nonspecific heterodimers at random masses showed that the base pairings were indeed very specific and provided further evidence that gas-phase WC interactions can be maintained in MALDI-generated ions.

98 zeigt ein MALDI-TOF-Spektrum eines ε4-Allels, von dem im Gegensatz zum ε3-Allel erwartet wurde, dass es bei der Cfol/Rsal-Spaltung kein 36-/38-mer-Paar ergibt. Die ε3- und ε4-Massenspektren waren ähnlich, ausgenommen, dass das abundante 22,89 kDa-Fragment in 97B in 98 nicht vorhanden war; mit dieser Information allein (Tabelle IX) ließen sich die ε3- und ε4-Allele leicht unterscheiden, was eine Genotyp-Bestimmung durch direkte Messung von dsDNA durch MALDI-TOF-MS zeigt. Entsprechend konnte dsDNA ionisiert, in die Gasphase überführt und durch MALDI-TOF-MS nachgewiesen werden. Die an unserem Gerät üblicherweise eingestellte Beschleunigungsspannung betrug nur –5 kV, entsprechend 1,5 kV/mn bis zu –2 mm vom Probenziel, wobei die elektrische Feldstärke rasch mit der Entfernung vom Probenziel abnahm. Die meisten früheren Arbeiten verwendeten eine Beschleunigung von mindestens 20 kV (Lecchi et al. (1995), J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 6;972); bei einer Ausnahme wurde eine 27-mer-dsDNA mittels einer gefrorenen Matrixlösung und 100 V Beschleunigung nachgewiesen (Nelson et al. (1990), Rapid Commun. Mass Spectrom. 4:348). Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, kann die MALDI-induzierte "Denaturierung" der dsDNA auf die Gasphasen-Kollisionsaktivierung zurückzuführen sein, die die WC-Paarung bei Verwendung von Hochbeschleunigungsfeldern unterbricht, analog zur Denaturierung, die für den ersten Schritt in der Fragmentierung angenommen wird, die zur Sequenzierung der einzelsträngigen Komponenten der dsDNA unter Verwendung von Elektronenspray-Ionisation verwendet wird (McLafferty et al. (1996), Int. J. Mass Spectrom., Ion Processes). Es scheint, dass die Hochsalzbedingungen (typischerweise > 10 mM NaCl oder KCl), die zur Stabilisierung von WC-gepaarter dsDNA in Lösung nötig sind, für die MALDI-Analyse ungeeignet sind (Nordhoff et al. (1993), Nucleic Acids Res. 21:3347); eine Erniedrigung der Konzentration solcher nicht-flüchtiger Kationen ist notwendig, um Kationen-adduzierte MALDI-Signale zu vermeiden, destabilisiert jedoch die Doppelstränge in Lösung. Die niedrigen pH-Bedingungen der Matrix-Umgebung sollten die Duplex ebenfalls destabilisieren. Wie in den 97B und 98 gezeigt, sollte das Aufbewahren und Herstellen sogar geringer Konzentrationen der biologischen Proben bei reduzierter Temperatur diese denaturierenden Wirkungen zumindest zum Teil ausgleichen, insbesondere bei längeren Strängen, bei denen die Schmelztemperaturen aufgrund eines ausgedehnteren Wasserstoffbindungs-Netzwerks höher sind. Die hier eingesetzten Bedingungen werden als sehr nicht-stringente Anlagerungsbedingungen angesehen. 98 Figure 9 shows a MALDI-TOF spectrum of an ε4 allele which, unlike the ε3 allele, was expected not to give a 36- / 38-mer pair in Cfol / Rsal cleavage. The ε3 and ε4 mass spectra were similar except that the abundant 22.89 kDa fragment in 97B in 98 was not available; With this information alone (Table IX), the ε3 and ε4 alleles could be easily distinguished, demonstrating genotype determination by direct measurement of dsDNA by MALDI-TOF-MS. Accordingly, dsDNA could be ionized, converted into the gas phase and detected by MALDI-TOF-MS. The acceleration voltage commonly set on our equipment was only -5 kV, corresponding to 1.5 kV / mn up to -2 mm from the sample target, with the electric field strength decreasing rapidly with the distance from the sample target. Most previous work used an acceleration of at least 20 kV (Lecchi et al., (1995), J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 6, 972); with one exception, a 27-mer dsDNA was detected using a frozen matrix solution and 100V acceleration (Nelson et al., 1990, Rapid Commun. Mass Spectrom., 4: 348). Without wishing to be bound by theory, the MALDI-induced "denaturation" of the dsDNA may be due to gas-phase collision activation, which disrupts WC pairing using high acceleration fields, analogous to the denaturation assumed for the first step in fragmentation used for sequencing the single-stranded components of the dsDNA using electron spray ionization (McLafferty et al., 1996, Int. Mass Spectrom., Ion Processes). It appears that the high salt conditions (typically> 10 mM NaCl or KCl) necessary to stabilize WC-paired dsDNA in solution are unsuitable for MALDI analysis (Nordhoff et al., 1993, Nucleic Acids Res : 3347); lowering the concentration of such non-volatile cations is necessary to avoid cation-adducted MALDI signals, but destabilizes the duplexes in solution. The low pH conditions of the matrix environment should also destabilize the duplex. As in the 97B and 98 As shown, keeping and producing even low concentrations of the biological samples at reduced temperature should at least partially offset these denaturing effects, especially for longer strands where the melting temperatures are higher due to a wider hydrogen bonding network. The conditions used here are regarded as very non-stringent addition conditions.

Die Niedrigmasse-Schwänze an Hochmasse-dsDNA-Peaks (z. B. 97B, 232 kDa) sind mit der Depurinierung im Einklang, die in stärkerem Ausmaß erfolgt als die Summe der Depurinierungen aus jedem der kombinierten Einzelstränge. Obwohl die Depurinierung in Lösung eine säurekatalysierte Reaktion ist, induzieren die schwach sauren Bedingungen in der 3-HPA-Matrix keine signifikante Depurinierung; an den Molekül-Ionensignalen aus einem mittels De-MALDI-TOF gemessenen Mischbasen-50-mer waren nur wenige Depurinierungs-Peaks beteiligt (Juhaz et al. (1996), Anal. Chem 68:941). Die Depurinierung aus den einzelsträngigen Komponenten der Gasphasen-dsDNA wird beobachtet, auch wenn man erwartet, dass diese Basen über Wasserstoffbrücken an die komplementäre Base des begleitenden Strangs gebunden sind, was darauf hindeutet, dass die kovalenten Bindungen aufgebrochen werden, bevor der Strang denaturiert wird.The low mass tails on high mass dsDNA peaks (e.g. 97B , 232 kDa) are consistent with depurination, which is greater than the sum of depurinations from each of the combined single strands. Although depurination in solution is an acid catalyzed reaction, the weakly acidic conditions in the 3-HPA matrix do not induce significant depurination; only a few depurination peaks were involved in the molecular ion signals from a mixed base 50-mer measured by De-MALDI-TOF (Juhaz et al., (1996), Anal. Chem 68: 941). Depurination from the single-stranded components of the gas-phase dsDNA is observed, although these bases are expected to be hydrogen bonded to the complementary base of the companion strand, suggesting that the covalent bonds are broken before the strand is denatured.

BEISPIEL 27EXAMPLE 27

Effizienz- und Spezifitäts-Test für besenspezifische RibonukleasenEfficiency and specificity test for specifics ribonucleases

Aliquote, die während der Spaltung der ausgewählten synthetischen 20- bis 25-mere in regelmäßigen Zeitabständen entnommen wurden, wurden mittels Massenspektrometrie untersucht. Drei der RNasen wurden für effizient und spezifisch befunden. Dazu gehören: die G-spezifische T1, die A-spezifische U2 und die A/U- spezifische PhyM. Die Ribonukleasen, die für C-spezifisch angesehen wurden, waren weniger zuverlässig, z. B. spalteten sie nicht an jedem C oder spalteten auch in nicht vorhersehbarer Weise an U. Die drei vielversprechenden RNasen spalteten an allen vorbestimmten Positionen, und die Sequenz wurde vollständig abgedeckt. Das Vorliegen von Spaltungsprodukten, die ein oder mehrere ungespaltene Stellen enthielten (kurze Inkubationszeiten), ermöglichte außerdem die Aneinanderreihung von Spaltungsprodukten. Ein Beispiel des MALDI-Spektrums eines Aliquots, das nach der T1- Spaltung einer synthetischen 20-mer-RNA [SEQ ID Nr. 114] entnommen wurde, ist in 100 gezeigt.Aliquots taken at regular intervals during cleavage of the selected synthetic 20- to 25-mers were analyzed by mass spectrometry. Three of the RNases were found to be efficient and specific. These include: the G-specific T 1 , the A-specific U 2 and the A / U specific phyM. The ribonucleases considered to be C-specific were less reliable, e.g. For example, they did not cleave at each C or split unpredictably into U. The three promising RNases cleaved at all predetermined positions and the sequence was completely covered. The presence of cleavage products containing one or more non-cleavage sites (short incubation times) also allowed for the sequencing of cleavage products. An example of the MALDI spectrum of an aliquot taken after T1 cleavage of a 20-mer synthetic RNA [SEQ ID NO: 114] is in U.S.P. 100 shown.

BEISPIEL 28EXAMPLE 28

Immobilisierung von amplifizierten DNA-Zielen an Silizium-WaferImmobilization of amplified DNA targets on silicon wafers

Herstellung der Silizium-OberflächeProduction of the silicon surface

Silizium-Wafer wurden mit Ethanol gewaschen, über dem Bunsenbrenner abgeflammt und 3 Stunden in eine wasserfreie Lösung von 25 Vol.-% 3-Aminopropyltriethoxysilan in Toluol getaucht. Die Silan-Lösung wurde dann entfernt, und die Wafer wurden dreimal mit Toluol und dreimal mit Dimethylsulfoxid (DMSO) gewaschen. Die Wafer wurden dann in einer wasserfreien 10 mM Lösung von N-Succinimidyl-(4-iodacetyl)-aminobenzoat (SIAB) (Pierce Chemical, Rockford, IL) in wasserfreiem DMSO inkubiert. Nach der Reaktion wurde die SIAB-Lösung entfernt und die Wafer wurden dreimal mit DMSO gewaschen. In allen Fällen wurden die Iodacetamido-funktionalisierten Wafer direkt zur Minimierung der Hydrolyse der labilen Iodacetamido-Funktionalität verwendet. Sämtliche weiteren Manipulationen an dem Wafer erfolgten im Dunkeln, da die Iodacetamido-Funktionalität lichtempfindlich ist.Silicon wafer were washed with ethanol, over Flamed the Bunsen burner and 3 hours in an anhydrous solution of 25% by volume of 3-aminopropyltriethoxysilane immersed in toluene. The silane solution was then removed, and the wafers were washed three times with toluene and three times washed with dimethyl sulfoxide (DMSO). The wafers were then in an anhydrous 10 mM solution of N-succinimidyl (4-iodoacetyl) aminobenzoate (SIAB) (Pierce Chemical, Rockford, IL) in anhydrous DMSO. After the reaction, the SIAB solution was removed and the wafers were washed three times with DMSO. In all cases, the iodoacetamido-functionalized Wafer directly used to minimize the hydrolysis of the labile iodoacetamido functionality. All Further manipulations on the wafer were done in the dark, as the Iodoacetamido functionality is sensitive to light.

Immobilisierung der amplifizierten Thiol-haltigen NukleinsäurenImmobilization of the amplified thiol-containing nucleic acids

Die SIAB-konjugierten Silizium-Wafer wurden zur Analyse spezifischer freier Thiolhaltiger DNA-Fragmente einer bestimmten amplifizierten DNA-Zielsequenz verwendet. Ein 23-mer Oligodesoxynukleotid, das eine 5'-Disulfidbindung enthielt [gekauft von Operon Technologies; SEQ ID Nr. 117] und zum 3'-Bereich einer 112 bp menschlichen genomischen DNA-Matrize komplementär war [Genebank Zugangs-Nr.: Z52259, SEQ ID Nr. 118] wurde als Primer zusammen mit einem kommerziell erhältlichen 49-mer-Primer, der zu einem Abschnitt des 5'-Endes der genomischen DNA [gekauft von Operon Technologies; SEQ ID Nr. 119] komplementär war, in PCR-Reaktionen verwendet, um ein 135 bp DNA-Produkt zu amplifizieren, das eine 5'- Disulfidbindung enthielt, die nur an einen Strang der DNA-Duplex [SEQ ID Nr. 120] gebunden war.The SIAB-conjugated silicon wafers became more specific for analysis free thiol-containing DNA fragments of a particular amplified DNA target sequence used. A 23-mer oligodeoxynucleotide containing a 5'-disulfide contained [purchased from Operon Technologies; SEQ ID NO: 117] and to 3 'range of a 112 bp human genomic DNA template was complementary [Genebank accession number: Z52259, SEQ ID NO: 118] was used as a primer along with a commercial available 49-mer primer that has been purchased to a portion of the 5'-end of the genomic DNA from Operon Technologies; SEQ ID NO: 119] was complementary, in PCR reactions used to amplify a 135 bp DNA product, which contained a 5'-disulfide bond, the only one strand of DNA duplex [SEQ ID NO: 120].

Die PCR-Amplifikationsreaktionen wurden mit dem Amplitaq GoldKit [Perkin Elmer Katalog-Nr. N808-0249] durchgeführt. Es wurden kurz gesagt 200 ng 112 bp menschliche genomische DNA-Matrize mit 10 μM des 23-mer-Primers und 8 μM des kommerziell erhältlichen 49-mer-Primers, 10 mM dNTPs, 1 Einheit Amplitaq Gold-DNA-Polymerase im Puffer, der vom Hersteller bereitgestellt wird, inkubiert, und die PCR wurde in einem Thermocycler durchgeführt.The PCR amplification reactions were performed with the Amplitaq Gold Kit [Perkin Elmer catalog no. N808-0249]. It was short 200 ng 112 bp human genomic DNA template with 10 μM of the 23-mer primer and 8 μM of the commercially available 49-mer primers, 10 mM dNTPs, 1 unit of Amplitaq Gold DNA polymerase in Buffer provided by the manufacturer incubated, and the PCR was performed in a thermocycler.

Die 5'-Disulfidbindung des resultierenden amplifizierten Produktes wurde mittels 10 mM Tris-(2-carboxyethyl)phosphin (TCEP)(Pierce Chemical, Rockford, IL) vollständig reduziert, so dass eine freie 5'-Thiolgruppe gebildet wurde. Die Disulfid-Reduktion des modifizierten Oligonukleotids wurde aufgezeichnet, indem eine Verschiebung der Retentionszeit in einer Umkehrphasen-FPLC beobachtet wurde. Es wurde festgestellt, dass das Disulfid nach fünf Stunden in Gegenwart von 10 mM TCEP vollständig zu einem freien Thiol reduziert worden war. Direkt nach der Disulfid-Spaltung wurde das modifizierte Oligonukleotid mit den Iodacetamidofunktionalisierten Wafern inkubiert und über die SIAB-Linker an die Oberfläche des Silizium-Wafers konjugiert. Zur Gewährleistung einer vollständigen Thiol-Deprotonierung, wurde die Kupplungsreaktion bei pH 8,0 durchgeführt. Mit 10 mM TCEP zur Spaltung des Disulfids und den anderen oben beschriebenen Reaktionsbedingungen war es möglich, reproduzierbar eine Oberflächendichte von 250 fmol pro mm2 der Oberfläche zu erhalten.The 5'-disulfide bond of the resulting amplified product was completely reduced by 10 mM tris (2-carboxyethyl) phosphine (TCEP) (Pierce Chemical, Rockford, IL) to form a free 5'-thiol group. The disulfide reduction of the modified oligonucleotide was recorded by observing a shift in retention time in reverse phase FPLC. It was found that the disulfide had been completely reduced to a free thiol after five hours in the presence of 10 mM TCEP. Immediately after the disulfide cleavage, the modified oligonucleotide was incubated with the iodoacetamido-functionalized wafers and conjugated to the surface of the silicon wafer via the SIAB linker. To ensure complete thiol deprotonation, the coupling reaction was carried out at pH 8.0. With 10 mM TCEP for cleavage of the disulfide and the other reaction conditions described above, it was possible to reproducibly obtain a surface density of 250 fmol per mm 2 of the surface.

Hybridisierung und MALDI-TOF-MassenspektrometrieHybridization and MALDI-TOF mass spectrometry

Der mit der 135 bp Thiol-haltiger DNA konjugierte Silizium-Wafer wurde mit einem komplementären 12-mer-Oligonukleotid [SEQ ID Nr. 121] inkubiert, und spezifisch hybridisierte DNA-Fragmente wurden mittels MALDI-TOF-MS-Analyse nachgewiesen. Das Massenspektrum ergab ein Signal mit einem beobachteten experimentellen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 3618,33; das theoretische Masse-zu-Ladungs-Verhältnis der 12-mer Oligomersequenz beträgt 3622,4 Da.Of the with the 135 bp thiol-containing DNA conjugated silicon wafer was with a complementary 12-mer oligonucleotide [SEQ ID NO: 121] and specifically hybridized DNA fragments were detected by MALDI-TOF-MS analysis. The mass spectrum gave a signal with an observed experimental mass-to-charge ratio of 3618.33; the theoretical mass-to-charge ratio of the 12-mer oligomer sequence is 3622.4 Da.

Spezifische DNA-Zielmoleküle, die eine 5'-Disulfidbindung enthalten, können somit amplifiziert werden. Die Moleküle werden bei einer hohen Dichte an einen SIAB-derivatisierten Silizium-Wafer immobilisiert, wobei die hier beschriebenen Verfahren verwendet werden, und spezifische komplementäre Oligonukleotide können an diese Zielmoleküle hybridisiert werden und mittels MALDI-TOF-MS-Analyse nachgewiesen werden.specific DNA target molecules, the one 5'-disulfide bond can contain thus be amplified. The molecules are at a high density to a SIAB-derivatized Silicon wafer immobilized, using the methods described here can be used, and specific complementary oligonucleotides can be used these target molecules hybridized and detected by MALDI-TOF-MS analysis become.

BEISPIEL 29EXAMPLE 29

Verwendung hochdichter Nukleinsäure-Immobilisierung zur Erzeugung von Nukleinsäure-AnordnungenUse of high-density nucleic acid immobilization for generating nucleic acid assemblies

Unter Verwendung des in Beispiel 28 beschriebenen Hochdichte-Befestigungsverfahrens, wurde eine Anordnung von für die MALDI-TOF Massenspektrometrie-Analyse zugänglichen DNA-Oligomeren auf einem Silizium-Wafer mit einer Vielzahl von Stellen, z. B. Vertiefungen oder Flecken, auf seiner Oberfläche erzeugt. Zur Herstellung der Anordnung wurde ein Oligonukleotid-Primer, der freies Thiol enthielt, nur an den ausgewählten Stellen des Wafers [siehe z. B. Beispiel 28] immobilisiert. Jede Stelle der Anordnung enthielt eines von drei unterschiedlichen Oligomeren. Zum Nachweis, dass die unterschiedlichen immobilisierten Oligomere gesondert nachgewiesen und unterschieden werden können, wurden drei bestimmte unterschiedlich lange Oligonukleotide, die zu einem der drei Oligomere komplementär waren, an die Anordnung auf dem Wafer hybridisiert und durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie analysiert.Under Using the high-density attachment method described in Example 28, was an arrangement of for the MALDI-TOF mass spectrometry analysis accessible DNA oligomers a silicon wafer with a variety of places, eg. B. depressions or spots, on its surface generated. To prepare the device, an oligonucleotide primer, containing free thiol only at the selected sites of the wafer [see z. Example 28] immobilized. Each location of the arrangement contained one of three different oligomers. To prove that the different immobilized oligomers detected separately and can be distinguished were three specific oligonucleotides of different lengths, the to one of the three oligomers were complementary to the arrangement hybridized to the wafer and analyzed by MALDI-TOF mass spectrometry.

Oligodesoxynukleotideoligodeoxynucleotides

Drei Sätze komplementärer Oligodesoxynukleotid-Paare wurden synthetisiert, wobei ein Element des komplementären Oligonukleotid-Paares eine 3'- oder 5'-Disulfidbindung enthält [bezogen von Operon Technologies oder Oligos, usw.]. Beispielsweise enthält Oligomer 1 [d(CTGATGCGTCGGATCATCTTTTTT-SS), SEQ ID Nr. 122] eine 3'-Disulfidbindung, wohingegen Oligomer 2 [d(SS CCTCTTGGGAACTGTGTAGTATT) ein Disulfidderivat von SEQ ID Nr. 117] und Oligomer 3 [d(SS-GAATTCGAGCTCGGTACCCGG), ein 5'-Disulfidderivat von SEQ ID Nr. 115] jeweils eine 5'-Disulfidbindung enthalten.Three Sets of complementary oligodeoxynucleotide pairs were synthesized using one element of the complementary oligonucleotide pair contains a 3 'or 5' disulfide bond [available from Operon Technologies or oligos, etc.]. For example, oligomer 1 contains [d (CTGATGCGTCGGATCATCTTTTTT-SS), SEQ ID NO: 122] a 3'-disulfide bond, whereas oligomer 2 [d (SS CCTCTTGGGAACTGTGTAGTATT) is a disulfide derivative of SEQ ID NO: 117] and oligomer 3 [d (SS-GAATTCGAGCTCGGTACCCGG), a 5'-disulfide derivative of SEQ ID NO: 115] each contain a 5'-disulfide bond.

Die Oligonukleotide, die komplementär zu den Oligomeren 1–3 sind, wurden so konzipiert, dass sie verschieden lang sind, sodass sie während der MALDI-TOF-Analyse leicht voneinander unterschieden werden konnten. Es wurde beispielsweise ein 23-mer Oligonukleotid [SEQ ID Nr. 123] komplementär zu einem Abschnitt des Oligomers 1 synthetisiert, ein 12-mer Oligonukleotid [SEQ ID Nr. 121] wurde komplementär zu einem Abschnitt des Oligomers 2 synthetisiert, und ein 21-mer [SEQ ID Nr. 116] wurde komplementär zu einem Abschnitt des Oligomers 3 synthetisiert. Außerdem wurde ein viertes 29-mer Oligonukleotid [SEQ ID Nr. 124] synthetisiert, das zu keinem der drei Oligomere komplementär war. Dieses vierte Oligonukleotid wurde als negative Kontrolle verwendet.The Oligonucleotides that are complementary to the oligomers 1-3 are designed to be of different lengths so that she while the MALDI-TOF analysis easily distinguished from each other. It became for example a 23-mer oligonucleotide [SEQ ID NO: 123] complementary to a Section of Oligomer 1, a 12-mer oligonucleotide [SEQ ID NO: 121] became complementary to a portion of the oligomer 2, and a 21-mer [SEQ ID NO: 116] became complementary to a segment of the oligomer 3 synthesized. In addition, a fourth 29-mer Oligonucleotide [SEQ ID NO: 124] synthesized that does not belong to any of the three oligomers complementary was. This fourth oligonucleotide was used as a negative control.

Silizium-Oberflächenchemie und DNA-ImmobilisierungSilicon surface chemistry and DNA immobilization

(a) 4 × 4 (16-Stellen)-Anordnung(a) 4x4 (16-digit) arrangement

Ein 2 × 2 cm2 Silizium-Wafer mit 256 einzelnen Vertiefungen oder Welts in Form einer 16 × 16-Well-Anordnung wurde von einem kommerziellen Anbieter [Accelerator Technology Corp., College Station, Texas) bezogen. Die Wells maßen 800 × 800 μm2, waren 120 μm tief; und hatten 1,125 Abstand. Der Silizium-Wafer wurde mit 3-Aminopropyltriethoxysilan umgesetzt, so dass eine einheitliche Schicht primärer Amine auf der Oberfläche gebildet wurde, und dann dem heterobifunktionellen Vernetzungsmittel SIAB ausgesetzt, was zu Iodacetamido-Funktionalitäten auf der Oberfläche führte [siehe z. B. Beispiel 28].A 2 × 2 cm 2 silicon wafer with 256 individual wells or worlds in the form of a 16 × 16 well array was purchased from a commercial supplier [Accelerator Technology Corp., College Station, Texas). The wells measured 800 × 800 μm 2 , were 120 μm deep; and had 1,125 distance. The silicon wafer was reacted with 3-aminopropyltriethoxysilane to form a uniform layer of primary amines on the surface and then exposed to the heterobifunctional crosslinker SIAB, resulting in surface iodoacetamido functionalities [see, e.g. Example 28].

Zur Herstellung der Oligomere für die Kopplung an verschiedene Stellen der Silizium-Anordnung wurde die Disulfid-Bindung jedes Oligomers vollständig mit 10 mM TCEP wie in Beispiel 28 beschrieben reduziert, und die DNA wurde in einer Endkonzentration von 10 μM in einer Lösung von 100 mM Phosphatpuffer, pH 8,0 resuspendiert. Unmittelbar nach der Reduktion der Disulfid-Bindung wurde die freie Thiolgruppe des Oligomers an die Iodacetamido-Funktionalität an 16 Stellen auf dem Wafer gekoppelt, wobei die Test-Kopplungs-Bedingungen verwendet wurden, die im wesentlichen wie in Beispiel 28 waren. Um die separate Kopplung an 76 einzelnen Stellen auf dem Wafer zu bewerkstelligen, wurde die gesamte Oberfläche des Wafers nicht mit einer Oligonukleotid-Lösung gespült, sondern stattdessen wurde ein ~ 30 nl-Aliquot eines vorbestimmten modifizierten Oligomers parallel zu jeder der 16 Stellen (d. h. Vertiefungen) der 256 Wells auf dem Wafer gegeben, so dass unter Verwendung einer Roboter-Stiftvorrichtung eine 4 × 4-Anordnung immobilisierter DNA hergestellt wurde.to Preparation of Oligomers for the coupling to different locations of the silicon arrangement became the disulfide bond of each oligomer is completely filled with 10 mM TCEP as in Example 28 was reduced and the DNA was in a final concentration of 10 μM in a solution of 100 mM phosphate buffer, pH 8.0. Immediately after The reduction of the disulfide bond was the free thiol group of Oligomers to the iodoacetamido functionality at 16 sites on the wafer coupled, using the test coupling conditions, which were essentially as in Example 28. To the separate coupling at 76 individual locations on the wafer the entire surface the wafer was not rinsed with an oligonucleotide solution, but instead became a ~ 30 nl aliquot of a predetermined modified oligomer parallel to each of the 16 locations (i.e., pits) of the 256 wells placed on the wafer so that using a robotic stylus device a 4 × 4 arrangement immobilized DNA was prepared.

Die Roboter-Stiftvorrichtung besteht aus 16 Sonden, die sich in einem Sondenblock befinden und auf einem X, Y, Z-Robotertisch befestigt sind. Der Robotertisch war ein Brückensystem, das die Platzierung von Probeneinsätzen unter die Roboterarme ermöglichte. Die Brückeneinheit selbst besteht aus X- und Y-Armen, die sich 250 bzw. 400 mm bewegen und von bürstenlosen linearen Servomotoren mit Positions-Feedback, welcher von linear-optischen Code-Umsetzern bereitgestellt wurde, betrieben wurde. Eine Verstellschraubenspindel-getriebene Z-Achse (50 mm Vertikalbewegung) ist an der xy-Achsen-Schiene der Brückeneinheit befestigt und wird durch einen In-Line-Drehservo-Motor mit Positions-Feedback von einem am Motor befestigten dreh-optischen Code-Umsetzer gesteuert. Die Arbeitsfläche des Systems ist mit einer herausziehbaren Geräteplatte ausgerüstet, die fünf Mikrotiterplatten hält (meist 2 Platten mit Waschlösung und 3 Probenplatten für maximal 1152 unterschiedliche Oligonukleotid-Lösungen) und bis zu zehn 20 × 20 mm-Wafer. Die Wafer werden genau in der Platte gegen zwei Anschlagstifte untergebracht und sicher durch Vakuum gehalten. Das gesamte System ist zur Sicherheit von einem Plexiglas-Gehäuse umgeben und auf einem Stahlträgerrahmen zur Wärme- und Vibrationsdämpfung befestigt. Die Bewegungssteuerung wird durch Einsatz eines kommerziellen Bewegungssteuerungsgerätes bewerkstelligt, bei dem es sich um ein 3-Achsen-Servo-Steuergerät handelt und das an einen Computer angeschlossen ist; der Programmiercode für spezifische Anwendungen wird bei Bedarf geschrieben.The Robotic pen device consists of 16 probes, which are in one Probe block and mounted on an X, Y, Z robot table are. The robot table was a bridge system, the placement of sample inserts under the robot arms enabled. The bridge unit itself consists of X and Y arms that move 250 and 400 mm, respectively and from brushless linear servomotors with position feedback, which are of linear-optical Code translators was provided. An adjusting screw-driven Z axis (50 mm vertical movement) is on the xy axis rail of the bridge unit Attached and powered by an in-line rotary servo motor with position feedback controlled by a motor-mounted rotary optical code converter. The work surface of the system is equipped with a pull-out device plate, which five microtiter plates keeps (mostly 2 plates with washing solution and 3 sample plates for a maximum 1152 different oligonucleotide solutions) and up to ten 20 x 20 mm wafers. The wafers are placed exactly in the plate against two stop pins and safely held by vacuum. The whole system is for safety from a plexiglass case surrounded and on a steel girder frame for heat and vibration damping attached. Motion control is accomplished by use of a commercial motion control device, which is a 3-axis servo controller and connected to a Computer is connected; the programming code for specific Applications are written on demand.

Zur Erzeugung einer DNA-Anordnung wurde eine Stiftvorrichtung mit Bauteilen, die feste Stiftelemente aufwiesen, in 16 Wells einer Mehr-Loch-DNA-Quellenplatte, die Lösungen der Oligomere 1–3 enthielten, getaucht, so dass die distalen Enden der Stifte benetzt wurden, das Roboter-Gefüge bewegt die Stift-Bauteile zum Silizium- Wafer, und die Probe wird durch Oberflächenkontakt punktförmig aufgetragen. Eines der modifizierten Oligonukleotide 1–3 wurde an jedem der 16 gesonderten Wells der 256 Wells auf dem Silizium-Wafer kovalent immobilisiert, wodurch eine 4 × 4-Anordnung von immobilisierter DNA erzeugt wurde.to Generation of a DNA array was a pin device with components, having solid pin elements in 16 wells of a multi-well DNA source plate, the solutions oligomers 1-3 contained, submerged, so that the distal ends of the pins wetted were, the robot structure moves the pin components to the silicon wafer and the sample is surface-contacted punctual applied. One of the modified oligonucleotides 1-3 was covalently attached to each of 16 separate wells of the 256 wells on the silicon wafer immobilized, creating a 4 × 4 array of immobilized DNA was generated.

Bei der Durchführung der Hybridisierungsreaktion wurden die drei komplementären Oligonukleotide und das negative Kontroll-Oligonukleotid in einer Endkonzentration von 10 μM für jedes Oligonukleotid in 1 ml TE-Puffer [10 mM TrisHCl, pH 8,0, 1 mM EDTA), der mit 1 M NaCl angereichert war, gemischt, und die Lösung wurde 10 min bei 65°C erhitzt. Direkt im Anschluss wurde die gesamte Oberfläche des Silizium-Wafers mit 800 μl der erhitzten Oligonukleotid-Lösung gespült. Die komplementären Oligonukleotide wurden an die immobilisierten Oligomere hybridisiert, indem die Silizium-Anordnung 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert wurde, gefolgt von Inkubation bei 4°C für mindestens 10 min. Alternativ kann die Oligonukleotid-Lösung zum Wafer zugegeben werden, der dann erhitzt wird und zur Hybridisierung abkühlen gelassen wird.at the implementation the hybridization reaction, the three complementary oligonucleotides and the negative control oligonucleotide in a final concentration of 10 μM for each Oligonucleotide in 1 ml of TE buffer [10 mM TrisHCl, pH 8.0, 1 mM EDTA), which was enriched with 1 M NaCl, mixed, and the solution became 10 minutes at 65 ° C heated. Immediately afterwards, the entire surface of the Silicon wafer with 800 μl the heated oligonucleotide solution rinsed. The complementary ones Oligonucleotides were hybridized to the immobilized oligomers, by incubating the silicon assembly for 1 hour at room temperature followed by incubation at 4 ° C for at least 10 min. alternative can the oligonucleotide solution are added to the wafer, which is then heated and for hybridization cooling down is left.

Die hybridisierte Anordnung wurde dann mit einer Lösung von 50 mM Ammoniumcitrat-Puffer zum Kationenaustausch gewaschen, um Natrium- und Kaliumionen am DNA-Gerüst zu entfernen (Pieles et al. (1993), Nucleic Acids Res. 21:3191–3196). Ein 6-nl Aliquot einer Matrix-Lösung von 3-Hydroxypicolinsäure [0,7 M 3-Hydroxypicolinsäure-10% Ammoniumcitrat in 50% Acetonitril; siehe Wu et al. (1993), Rapid. Commun. Mass Spectrom. 7, 142–146] wurde reihenweise zu jeder Stelle der Anordnung zugegeben, wobei ein serieller piezoelektrischer Roboter-Verteiler (d. h. ein piezoelektrisches Pipettensystem) verwendet wurde.The hybridized array was then treated with a solution of 50 mM ammonium citrate buffer washed to cation exchange to sodium and potassium ions on DNA backbone (Pieles et al., 1993, Nucleic Acids Res. 21: 3191-3196). A 6-nl aliquot of a matrix solution of 3-hydroxypicolinic acid [0.7 M 3-hydroxypicolinic acid-10% Ammonium citrate in 50% acetonitrile; see Wu et al. (1993), Rapid. Commun. Mass Spectrom. 7, 142-146] was added in rows to each position of the arrangement, wherein a serial piezoelectric robot distributor (i.e., a piezoelectric Pipette system) was used.

Das piezoelektrische Pipettensystem ist auf einem System aufgebaut, das von der Microdrop GmbH, Norderstedt, Deutschland bezogen wird, und enthält einen Antrieb mit piezoelektrischem Element, der ein gepulstes Signal an ein piezoelektrisches Element sendet, das an einer Glaskapillare, die die zu verteilende Lösung enthält, befestigt ist und diese umgibt; einen Druckwandler zur Aufnahme (durch negativen Druck) oder Entleerung (durch positiven Druck) der Kapillare; ein xyz-Robotertisch und Roboterantrieb, mit dem die Kapillare zum Auffüllen, Entleeren, Verteilen und Reinigen manövriert wird, ein Stroboskop und ein Antrieb, der bei der Frequenz des Piezoelementes gepulst wird, so dass ein Betrachten der "suspendierten" Tröpfcheneigenschaften ermöglicht wird; gesonderte Stufen für Quellen, und Kennzeichnungs-Platten oder Probenziele (d. h. Si-Chip); eine am Roboterarm befestigte Kamera, mit der die Beschickung der Kennzeichnungs-Platte überwacht wird; sowie eine Datenstation, die die Druckeinheit, den xyz-Roboter und den piezoelektrischen Antrieb steuert.The piezoelectric pipette system is built on a system which is obtained from Microdrop GmbH, Norderstedt, Germany, and contains a piezoelectric element drive that generates a pulsed signal sent to a piezoelectric element attached to a glass capillary, the solution to be distributed contains is attached and surrounds this; a pressure transducer for recording (by negative pressure) or emptying (by positive pressure) the capillary; an xyz robot table and robot drive, with the the capillary to fill, Emptying, distributing and cleaning is maneuvered, a stroboscope and a drive pulsed at the frequency of the piezoelectric element so that viewing the "suspended" droplet properties allows becomes; separate levels for Sources, and identification plates or sample targets (i.e., Si chip); a camera attached to the robotic arm, with which the loading of the Label plate monitors becomes; as well as a data terminal containing the printing unit, the xyz robot and controls the piezoelectric drive.

Man ließ die 3-HPA-Lösung bei Umgebungstemperatur trocknen, und anschließend wurde mit der piezoelektrischen Pipette an jede Stelle ein 6 nl Aliquot Wasser zugegeben, um den getrockneten Matrix-DNA-Komplex zu resuspendieren, so dass der Matrix-DNA-Komplex beim Trocknen bei Umgebungstemperatur eine einheitliche kristalline Oberfläche an der Bodenfläche jeder Stelle ausbildet.you let the 3-HPA solution dry at ambient temperature, and then with the piezoelectric Pipette to each site a 6 nl aliquot of water added to the to resuspend dried matrix-DNA complex, leaving the matrix-DNA complex when drying at ambient temperature a uniform crystalline surface at the bottom surface every job is training.

MALDI-TOF-MS-AnalyseMALDI-TOF-MS analysis

Die MALDI-TOF-MS-Analyse wurde reihenweise an jeder der 16 Stellen der in 6 gezeigten und im wesentlichen in Beispiel 28 beschriebenen Hybridisierungs-Anordnung durchgeführt. Das resultierende Massenspektrum der Oligonukleotide, die spezifisch an jede der 16 Stellen der DNA-Hybridisierung hybridisierten, ergaben an jeder Stelle ein spezifisches Signal, das das beobachtete experimentelle Masse-zu-Ladungs-Verhältnis widerspiegelt, das der spezifischen komplementären Nukleotid-Sequenz entspricht.The MALDI-TOF-MS analysis was performed serially at each of the 16 sites in the 6 shown and carried out essentially in Example 28 described hybridization arrangement. The resulting mass spectrum of the oligonucleotides, which hybridized specifically to each of the 16 sites of DNA hybridization, yielded at each site a specific signal reflecting the observed mass-to-charge experimental ratio corresponding to the specific complementary nucleotide sequence.

Beispielsweise an den Stellen, an denen nur Oligomer 1 konjugiert ist, ergab das Massenspektrum ein vorherrschendes Signal mit einem beobachteten experimentellen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 7072,4, das etwa gleich dem des 23-mers ist; das theoretische Masse-zu-Ladungs-Verhältnis des 23-mers beträgt 7072,6 Da. Eine spezifische Hybridisierung des 12-mer Oligonukleotids an die Anordnung, mit einem beobachteten experimentellen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 3618,33 Da (theoretisch 3622,4 Da) wurde nur an solchen Stellen nachgewiesen, die mit Oligomer 2 konjugiert waren, wohingegen eine spezifische Hybridisierung von MJM6 (beobachtetes experimentelles Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 6415,4) nur an solchen Stellen der Anordnung nachgewiesen wurde, die mit Oligomer 3 [theoretisch 6407,2 Da] konjugiert waren.For example at the sites where only oligomer 1 is conjugated gave the Mass spectrum a dominant signal with one observed experimental mass-to-charge ratio of 7072.4, which is about equal to that of the 23-meter; the theoretical mass-to-charge ratio of the 23-mers is 7072.6 There. Specific hybridization of the 12-mer oligonucleotide the arrangement, with an observed experimental mass-to-charge ratio of 3618.33 Da (theoretically 3622.4 Da) was only in such places which were conjugated to oligomer 2, whereas a Specific hybridization of MJM6 (observed experimental Mass-to-charge ratio of 6415.4) has been demonstrated only at such locations of the arrangement, which were conjugated to oligomer 3 [theoretically 6407.2 Da].

Keine der Stellen dieser Anordnung ergab ein Signal, das vom Negativ-Kontroll-29-mer-Oligonukleotid (theoretisches Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 8974,8) stammt, was zeigt, dass spezifische Ziel-DNA-Moleküle an Oligomere hybridisiert werden können, die kovalent an bestimmte Stellen auf der Oberfläche der Silizium-Anordnung immobilisiert sind, und eine Vielzahl von Hybridisierungstests kann einzeln mittels MALDI-TOF-MS-Analyse überwacht werden.None The location of this array gave a signal from the negative control 29-mer oligonucleotide (theoretical Mass-to-charge ratio from 8974.8), indicating that specific target DNA molecules are linked to oligomers can be hybridized, which are covalently immobilized to specific locations on the surface of the silicon assembly are, and a variety of hybridization tests can be used individually MALDI-TOF-MS analysis monitored become.

(b) 8 × 8 (64-Stellen)-Anordnung(b) 8x8 (64-digit) arrangement

Ein 2 × 2 cm2 Silizium-Wafer mit 256 einzelnen Vertiefungen oder Wells in Form einer 16 × 16-Well-Anordnung wurde von einem kommerziellen Anbieter [Accelerator Technology Corp. College Station, Texas] bezogen. Die Löcher maßen 800 × 800 μm2, waren 120 μm tief und hatten 1,125 Abstand. Der Silizium-Wafer wurde mit 3-Aminopropyltriethoxysilan umgesetzt, so dass eine einheitliche Schicht primärer Amine auf der Oberfläche hergestellt wurde, und dann dem heterobifunktionellen Vernetzungsmittel SIAB ausgesetzt, was wie vorstehend beschrieben zu Iodacetamido-Funktionalitäten auf der Oberfläche führte.A 2 × 2 cm 2 silicon wafer with 256 individual wells or wells in the form of a 16 × 16 well array was purchased from a commercial supplier [Accelerator Technology Corp. College Station, Texas]. The holes measured 800 × 800 μm 2 , were 120 μm deep and had a distance of 1.125. The silicon wafer was reacted with 3-aminopropyltriethoxysilane to produce a uniform layer of primary amines on the surface and then exposed to the heterobifunctional crosslinker SIAB, resulting in surface iodoacetamido functionalities as described above.

Zur Herstellung einer Anordnung aus 64 Elementen wurde eine Stiftvorrichtung gemäß der vorstehend beschriebenen Verfahren verwendet. Die Stiftvorrichtung wurde in 16 Wells einer 384-Well-DNA-Quellenplatte getaucht, die Lösungen der Oligomere 1–3 enthielt, zum Silizium-Wafer befördert, und die Probe wurde durch Oberflächenkontakt punktförmig aufgetragen. Anschließend wurde die Vorrichtung in Waschlösung getaucht, dann in die gleichen 16 Wells der Quellenplatte getaucht und um 2,25 mm vom anfänglichen Satz aus 16 Spots versetzt auf das Ziel gepunktet; der gesamte Zyklus wurde wiederholt, so dass eine 2 × 2-Anordnung von jedem Stift hergestellt wurde und so eine 8 × 8-Anordnung von Punkten (2 × 2 Elemente/Stift × 16 Stifte = 64 insgesamt gepunktete Elemente) erzeugt wurde.to Making an assembly of 64 elements became a pin device according to the above-described Method used. The pen device was in 16 wells one Dipped 384 well DNA source plate containing solutions of oligomers 1-3, transported to the silicon wafer, and the sample was made by surface contact punctual applied. Subsequently the device was in washing solution dipped, then dipped in the same 16 wells of the source plate and 2.25 mm from the initial one Set of 16 spots spotted on the target dotted; the entire cycle was repeated, leaving a 2 × 2 array of each pin and thus an 8 × 8 array of dots (2 × 2 elements / pin × 16 pins = 64 total dotted elements) was generated.

Die an die 64 Stellen immobilisierten Oligomere 1–3 wurden an die komplementären Oligonukleotide hybridisiert und durch MALDI-TOF-MS-Analyse untersucht. Wie für die 16-Stellen-Anordnung beobachtet, wurde an allen Stellen der DNA-Anordnung eine spezifische Hybridisierung des komplementären Oligonukleotids zu jedem der immobilisierten Thiol-haltigen Oligomere beobachtet.The Oligomers 1-3 immobilized to the 64 sites were hybridized to the complementary oligonucleotides and examined by MALDI-TOF-MS analysis. As for the 16-digit arrangement observed, at all points of the DNA arrangement was a specific Hybridization of the complementary Oligonucleotide to each of the immobilized thiol-containing oligomers observed.

BEISPIEL 30EXAMPLE 30

Verlängerung der hybridisierten DNA-Primer, die an auf einem Silizium-Wafer immobilisierten DNA-Matrizen gebunden sindrenewal hybridized DNA primers immobilized on a silicon wafer DNA templates are bound

Die SIAB-derivatisierten Silizium-Wafer können auch für die Primer-Extensionsreaktionen der immobilisierten DNA-Matrize eingesetzt werden, wobei im wesentlichen die in Beispiel 7 beschriebenen Verfahren verwendet werden.The SIAB-derivatized silicon wafers can also be used for primer extension reactions the immobilized DNA template are used, wherein substantially the methods described in Example 7 are used.

Ein 27-mer-Oligonukleotid [SEQ ID Nr. 125], das eine freie 3'-Thiolgruppe enthielt, wurde an einen SIAB-derivatisierten Silizium-Wafer, wie vorstehend z. B. in Beispiel 28 beschrieben, gekoppelt. Ein 12-mer Oligonukleotid-Primer [SEQ ID Nr. 126] wurde an das immobilisierte Oligonukleotid hybridisiert, und der Primer wurde mit einem kommerziell erhältlichen Kit [z. B. Sequenase oder ThermoSequenase, US. Biochemical Corp.) verlängert. Die Zugabe von Sequenase-DNA-Polymerase oder ThermoSequenase-DNA-Polymerase in Gegenwart von drei Desoxyribonukleosid-Triphosphaten (dNTPs; dATP, dGTP, dCTP) und Didesoxyribonukleosid-Thymidintriphospbat (ddTTP) in Puffer gemäß den Herstellerangaben ergab eine 3-Basen-Extension des noch an den Silizium-Wafer gebundenen 12-mer-Primers. Der Wafer wurde dann durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie wie vorstehend beschrieben analysiert. Die Ergebnisse des Massenspektrums unterscheiden eindeutig das 15-mer [SEQ ID Nr. 127) vom ursprünglichen unverlängerten 12-mer, was somit zeigt, dass auf der Oberfläche eines Silizium-Wafers eine spezifische Extension durchgeführt und mittels MALDI-TOF-MS-Analyse nachgewiesen werden kann.A 27-mer oligonucleotide [SEQ ID NO: 125] containing a free 3'-thiol group was added to a SIAB-derivatized silicon wafer as described above, e.g. As described in Example 28, coupled. A 12-mer oligonucleotide primer [SEQ ID NO: 126] was hybridized to the immobilized oligonucleotide and the primer was cloned with a commercially available kit [e.g. Sequenase or ThermoSequenase, US. Biochemical Corp.). The addition of Sequenase DNA polymerase or ThermoSequenase DNA polymerase in the presence of three deoxyribonucleoside triphosphates (dNTPs; dATP, dGTP, dCTP) and dideoxyribonucleoside thymidine triphosphate (ddTTP) in buffer according to the manufacturer's instructions gave a 3-base extension of the still attached to the silicon wafer 12-mer primer. The wafer was then cured by MALDI-TOF-Mas spectrophotometry as described above. The mass spectrum results clearly distinguish the 15-mer [SEQ ID NO: 127] from the original 12-mer extender, thus demonstrating that a specific extension is performed on the surface of a silicon wafer and detected by MALDI-TOF-MS analysis can be.

BEISPIEL 31EXAMPLE 31

Einfluss der Linkerlänge auf die Polymerasenextension hybridisierter DNA-Primer, gebunden an auf einem Silizium-Wafer immobilisierten DNA-MatrizenInfluence of linker length on polymerase extension hybridized DNA primer, bound to DNA matrices immobilized on a silicon wafer

Die Auswirkung des Abstandes zwischen der SIAB-konjugierten Silizium-Oberfläche und der Duplex-DNA, die durch Hybridisierung der Ziel-DNA an die immobilisierte Oligomer-Matrize gebildet wurde, und die Auswahl des Enzyms wurden untersucht.The Effect of the distance between the SIAB-conjugated silicon surface and the duplex DNA immobilized by hybridization of the target DNA to the Oligomer template was formed, and the selection of the enzyme were examined.

Zwei SIAB-derivatisierte Silizium-Wafer wurden an das 3'-Ende zweier Oligonukleotide der identischen DNA-Sequenz, die freies Thiol enthielten, konjugiert, außer, dass eine 3 Basen lange poly-dT-Spacersequenz am 3'-Ende eingebaut wurde:

Figure 01890001
Two SIAB-derivatized silicon wafers were conjugated to the 3'-end of two oligonucleotides of the identical DNA sequence containing free thiol, except that a 3-base poly-dT spacer sequence was inserted at the 3'-end:
Figure 01890001

Diese Oligonukleotide wurden synthetisiert und über den SIAB-Vernetzer [siehe z. B. Beispiel 28] jeweils gesondert an die Oberfläche eines Silizium-Wafers immobilisiert. Jeder Wafer wurde mit einem 12 mer-Oligonukleotid inkubiert:

Figure 01890002
das zu Abschnitten der Nukleotidsequenzen komplementär ist, die beiden Oligonukleotiden gemeinsam sind, indem bei 75°C inkubiert wurde und der Silizium-Wafer langsam abgekühlt wurde. Die Wafer wurden dann durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie wie vorstehend beschrieben analysiert.These oligonucleotides were synthesized and processed via the SIAB crosslinker [see, for example, US Pat. Example 28] each separately immobilized on the surface of a silicon wafer. Each wafer was incubated with a 12 mer oligonucleotide:
Figure 01890002
which is complementary to portions of the nucleotide sequences that are common to both oligonucleotides, incubated at 75 ° C and the silicon wafer slowly cooled. The wafers were then analyzed by MALDI-TOF mass spectrometry as described above.

Wie in Beispiel 30 oben beschrieben, wurde eine spezifische 3-Basen-Extension des gebundenen 12-mer-Oligonukleotids mit dem Oligomer-Primer beobachtet, wenn sich ein 9-Basen-Spacer zwischen der Duplex und der Oberfläche befand [SEQ ID Nr. 125]. Ähnliche Ergebnisse wurden beobachtet, wenn die DNA-Spacer-Länge zwischen der SIAB-Einheit und der DNA-Duplex 0, 3,6 und 12 betrug. Die Extensionsreaktion kann außerdem mit einer Vielzahl von DNA-Polymerasen, wie Sequenase und ThermoSequenase (US Biochemical) durchgeführt werden. Der SIAB-Linker kann direkt an die DNA-Matrize gekoppelt werden oder er kann eine Linkersequenz umfassen, die die Primerextension der hybridisierten DNA nicht beeinflusst.As described in Example 30 above, became a specific 3 base extension of the bound 12-mer oligonucleotide with the oligomer primer, if a 9-base spacer was between the duplex and the surface [SEQ ID NO: 125]. Similar Results were observed when the DNA spacer length between the SIAB unit and the DNA duplex was 0, 3.6 and 12. The extension reaction can also with a variety of DNA polymerases, such as Sequenase and ThermoSequenase (US Biochemical) become. The SIAB linker can be coupled directly to the DNA template or it may include a linker sequence encoding primer extension the hybridized DNA is not affected.

BEISPIEL 32EXAMPLE 32

Spektrochip-Mutanten-Nachweis im ApoE-GenSpectroscopy mutant detection in the ApoE gene

Diese Beispiel beschreibt die Hybridisierung einer immobilisierten Matrize, die Primer-Extension und Massenspektrometrie zum Nachweis des Wildtyp- und des mutanten Apolipoprotein-E-Gens für diagnostische Zwecke. Dieses Beispiel zeigt, dass immobilisierte DNA-Moleküle, die eine spezifische Sequenz enthalten, mittels Primerextension nicht-markierter Allel-spezifischer Primer und Analyse der Extensionsprodukte mittels Massenspektrometrie nachgewiesen und unterschieden werden können.These Example describes the hybridization of an immobilized template, primer extension and mass spectrometry for detection of wild-type and the mutant apolipoprotein E gene for diagnostic purposes. This Example shows that immobilized DNA molecules that have a specific sequence contain, by primer extension, non-labeled allele-specific Primer and analysis of extension products by mass spectrometry can be detected and distinguished.

Eine zur codierenden Sequenz von Allel 3 des Wildtyp-Apolipoprotein-E-Gens komplementäre 50-Basen lange synthetische:
5'-GCCTGGTACACTGCCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGGCATCGCGGAGGAG-3' [SEQ ID Nr. 280] oder zum mutanten Apolipoprotein-E-Gen mit einer G→A-Transition an Codon 158 komplementäre:
5'-GCCTGGTACACTGCCAGGCACTTCTGCAGGTCATCGGCATCGCGGAGGAG-3' [SEQ ID Nr. 281]
A 50-base long synthetic complementary to the coding sequence of allele 3 of the wild-type apolipoprotein E gene:
5'-GCCTGGTACACTGCCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGGCATCGCGGAGGAG-3 '[SEQ ID NO: 280] or to the mutant apolipoprotein E gene having a G → A transition at codon 158 complementary:
5'-GCCTGGTACACTGCCAGGCACTTCTGCAGGTCATCGGCATCGCGGAGGAG-3 '[SEQ ID NO: 281]

DNA-Matrize die eine freie 3'-Thiolgruppe enthielt, wurde an gesonderte SIAB-derivatisierte Silizium-Wafer wie in Beispiel 28 beschrieben gekoppelt.DNA template the one free 3'-thiol group was added to separate SIAB-derivatized silicon wafers as in Example 28 is coupled.

Ein 21-mer Oligonukleotid-Primer:
5'-GAT GCC GAT GAC CTG CAG AAG-3' [SEQ ID Nr. 282] wurde an jede der immobilisierten Matrizen hybridisiert, und der Primer wurde mit einem kommerziell erhältlichen Kit [z. B. Sequenase oder ThermoSequenase, US. Biochemical Corp.] verlängert. Die Zugabe von Sequenase-DNA-Polymerase oder ThermoSequenase-DNA-Polymerase in Gegenwart von drei Desoxyribonukleosid-Triphosphaten (dNTPs; dATP, dGTP, dCTP) und Didesoxyribonukleosid-Cytosintriphosphat (ddCTP) in Puffer gemäß den Herstellerangaben ergab eine Einzelbasenextension des an die immobilisierte Matrize, codierend das Wildtyp-Apolipoprotein-E-Gen, gebundenen 21-mer-Primers und eine Dreibasenextension des an die immobilisierte Matrize, codierend die mutante Form des Apolipoprotein-E-Gens, gebundenen 21-mer-Primers.
A 21-mer oligonucleotide primer:
5'-GAT GCC GAT GAC CTG CAG AAG-3 '[SEQ ID NO: 282] was hybridized to each of the immobilized templates and the primer was amplified with a commercially available kit [e.g. Sequenase or ThermoSequenase, US. Biochemical Corp.]. The addition of Sequenase DNA polymerase or ThermoSequenase DNA polymerase in the presence of three deoxyribonucleoside triphosphates (dNTPs; dATP, dGTP, dCTP) and dideoxyribonucleoside cytosine triphosphate (ddCTP) in buffer according to the manufacturer's instructions gave a single base extension to the immobilized template encoding the wild-type apolipoprotein E gene, bound 21-mer primer and a three-base extension of the 21-mer primer bound to the immobilized template encoding the mutant form of the apolipoprotein E gene.

Die Wafer wurden durch Massenspektrometrie, wie hier beschrieben, analysiert. Die Wildtyp-Apolipoprotein-E-Sequenz ergibt ein Massenspektrum, das den Primer mit der Einzelbasenextension (22-mer) mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 6771,17. Da (das theoretische Masse-zu-Ladungs-Verhältnis beträgt 6753,5 Da) vom ursprünglichen 21-mer-Primer mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 6499,64 Da unterscheidet. Die mutante Apolipoprotein-E-Sequenz ergibt ein Massenspektrum, das den Primer mit der Dreibasenextension (24-mer) mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 7386,9 (das theoretische Masse-zu-Ladungs-Verhältnis beträgt 7386,9) vom ursprünglichen 21-mer-Primer mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 649964 Da unterscheidet.The Wafers were analyzed by mass spectrometry as described herein. The wild type apolipoprotein E sequence gives a mass spectrum this is the single base extension (22-mer) primer with a mass-to-charge ratio of 6771.17. Since (the theoretical mass-to-charge ratio is 6753.5 Da) of the original 21-mer primer with a mass-to-charge ratio of 6499.64 Da distinguishes. The mutant apolipoprotein E sequence gives a mass spectrum that the primer with the three-base extension (24-mer) with a mass-to-charge ratio of 7386.9 (the theoretical mass-to-charge ratio is 7386,9) from the original one 21-mer primer with a mass-to-charge ratio of 649964 There is a difference.

BEISPIEL 33EXAMPLE 33

Nachweis von doppelsträngigen Nukleinsäure-Molekülen über Strang-Austausch und Hybridisierung an eine immobilisierte komplementäre NukleinsäureDetection of double-stranded nucleic acid molecules via strand exchange and hybridization to an immobilized complementary nucleic acid

Dieses Beispiel beschreibt die Immobilisierung eines 24-mer-Primers und die spezifische Hybridisierung eines Stranges eines Duplex-DNA-Moleküls, wodurch die Amplifikation eines ausgewählten Zielmoleküls in einer Lösungsphase und der Nachweis des doppelsträngigen Moleküls ermöglicht werden. Dieses Verfahren eignet sich zum Nachweis von Einzelbasenänderungen und insbesondere zum Durchmustern genomischer Banken doppelsträngiger Fragmente.This Example describes the immobilization of a 24-mer primer and the specific hybridization of a strand of a duplex DNA molecule, thereby the amplification of a selected one Target molecule in a solution phase and the proof of the double-stranded molecule allows become. This method is suitable for the detection of single base changes and in particular, for screening genomic libraries of double-stranded fragments.

Ein 24-mer DNA-Primer CTGATGCGTC GGATCATCTT TTTT, SEQ ID Nr. 122, der eine freie 3'-Thiolgruppe enthielt, wurde an einen SIAB-derivatisierten Silizium-Wafer, wie in Beispiel 29 beschrieben, gekoppelt.One 24-mer DNA primer CTGATGCGTC GGATCATCTT TTTT, SEQ ID NO: 122, the a free 3'-thiol group was added to a SIAB-derivatized silicon wafer as in Example 29 described coupled.

Ein synthetisches 18-mer-Oligonukleotid:
5'-CTGATGCGTCGGATCATC-3' [SEQ ID Nr. 286] wurde mit einem 12-mer 5'-GATGATCCGACG-3' [SEQ ID Nr. 285], dessen Sequenz komplementär zu einem 12-Basen-Abschnitt des 18-mer-Oligonukleotids war, vorgemischt. Das Oligonukleotid-Gemisch wurde auf 75°C erhitzt und langsam auf Raumtemperatur gekühlt, so dass die Bildung eines Duplex-Moleküls erleichtert wurde:

Figure 01910001
A synthetic 18-mer oligonucleotide:
5'-CTGATGCGTCGGATCATC-3 '[SEQ ID NO: 286] was probed with a 12-mer 5'-GATGATCCGACG-3' [SEQ ID NO: 285], the sequence of which is complementary to a 12-base portion of the 18-mer Oligonucleotide was premixed. The oligonucleotide mixture was heated to 75 ° C and slowly cooled to room temperature to facilitate the formation of a duplex molecule:
Figure 01910001

Die spezifische Hybridisierung des 12-mer-Stranges des Duplex-Moleküls des immobilisierten 24-mer-Primers wurde durchgeführt, indem 1 M des Duplex-Moleküls unter den in Beispiel 30 beschriebenen Hybridisierungsbedingungen gemischt wurden.The specific hybridization of the 12-mer strand of the duplex molecule of the immobilized 24-mer primer was carried out by 1 M of the duplex molecule under the hybridization conditions described in Example 30 were mixed.

Die Wafer wurden durch Massenspektrometrie wie vorstehend beschrieben analysiert. Eine spezifische Hybridisierung wurde in einem Massenspektrum des 12-mers mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 3682,78 Da nachgewiesen.The Wafers were analyzed by mass spectrometry as described above analyzed. Specific hybridization was in a mass spectrum of the 12-meter with a mass-to-charge ratio of 3682.78 Since proven.

BEISPIEL 34EXAMPLE 34

1-(2-Nitro-5-(3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy)phenyl)-1-O-((2-cyanoethoxy)diisopropylaminophosphino)ethan1- (2-Nitro-5- (3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy) phenyl) -1-O - ((2-cyanoethoxy) diisopropylaminophosphino) ethane

A. 2-Nitro-5-(3-hydroxypropoxy)benzaldehydA. 2-nitro-5- (3-hydroxypropoxy) benzaldehyde

3-Brom-1-propanol (3,34 g, 24 mmol) wurde über Nacht (15 h) in 80 ml wasserfreiem Acetonitril mit 5-Hydroxy-2-nitrobenzaldehyd (3,34 g, 20 mMol), K2CO3 (3,5 g) und KI (100 mg) unter Rückfluss belassen. Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur gekühlt, und 150 ml Methylenchlorid wurden hinzugegeben. Das Gemisch wurde filtriert, und der feste Rückstand wurde mit Methylenchlorid gewaschen. Die vereinigte organische Lösung wurde bis zur Trockene eingedampft und in 100 ml Methylenchlorid gelöst. Die erhaltene Lösung wurde mit gesättigter NaCl-Lösung gewaschen und über Natriumsulfid getrocknet. 4,31 g (96%) des gewünschten Produktes wurden nach Entfernung des Lösungsmittels im Vakuum erhalten.
Rf = 0,33 (Dichlormethan/Methanol, 95/5).
UV(Methanol)-Maximum: 313,240 (Schulter); 215 nm; Minimum: 266 nm.
1H-NMR. (DMSO-d6) δ 10,28 (s, 1H), 8,17 (d, 1H), 7,35 (d, 1H), 7,22 (s, 1H), 4,22 (t, 2H), 3,54 (t, 2H), 1,90 (m, 2H).
13CNMR (DMSO-d6) δ 189,9, 153,0, 141,6, 134,3, 127,3, 118,4, 114,0, 66,2, 56,9, 31,7.
3-Bromo-1-propanol (3.34 g, 24 mmol) was added overnight (15 h) in 80 mL of anhydrous acetonitrile with 5-hydroxy-2-nitrobenzaldehyde (3.34 g, 20 mmol), K 2 CO 3 (3.5 g) and KI (100 mg) left to reflux. The reaction mixture was cooled to room temperature and 150 ml of methylene chloride were added ben. The mixture was filtered and the solid residue was washed with methylene chloride. The combined organic solution was evaporated to dryness and dissolved in 100 ml of methylene chloride. The resulting solution was washed with saturated NaCl solution and dried over sodium sulfide. 4.31 g (96%) of the desired product were obtained after removal of the solvent in vacuo.
R f = 0.33 (dichloromethane / methanol, 95/5).
UV (methanol) maximum: 313.240 (shoulder); 215 nm; Minimum: 266 nm.
1 H-NMR. (DMSO-d 6 ) δ 10.28 (s, 1H), 8.17 (d, 1H), 7.35 (d, 1H), 7.22 (s, 1H), 4.22 (t, 2H ), 3.54 (t, 2H), 1.90 (m, 2H).
13 CNMR (DMSO-d 6 ) δ 189.9, 153.0, 141.6, 134.3, 127.3, 118.4, 114.0, 66.2, 56.9, 31.7.

B. 2-Nitro-5-(3-O-tert.-butyldimethylsilylpropoxy)benzaldehydFor example, 2-nitro-5- (3-O-tert-butyldimethylsilylpropoxy) benzaldehyde

2-Nitro-5-(3-hydroxypropoxy)benzaldehyd (1 g, 4,44 mMol) wurde in 50 ml wasserfreiem Acetonitril gelöst. Zu dieser Lösung wurden 1 ml Triethylamin, 200 mg Imidazol und 0,8 g (5,3 mmol) tBDMSCl zugegeben. Das Gemisch wurde 4 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Methanol (1 ml) wurde zur Beendigung der Umsetzung hinzugegeben. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, und der feste Rückstand wurde in 100 ml Methylenchlorid gelöst Die resultierende Lösung wurde mit gesättigter Natriumbicarbonat-Lösung und dann mit Wasser gewaschen. Die organische Phase wurde über Natriumsulfat getrocknet, und das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt. Das Rohgemisch wurde einer raschen Säulenchromatographie mit Methylenchlorid unterworfen, so dass 1,44 g (96%) 2-Nitro-5-(3-O-tert.-butyldimethylsilylpropoxy)benzaldehyd erhalten wurden.
Rf = 0,67 (Hexan/Ethylacetat, 5/1).
UV(Methanol), Maximum: 317, 243, 215 nm: Minimum: 235, 267 nm.
1H-NMR (DMSO-d6) δ 10,28 (s, 1H), 8,14 (d, 1H), 7,32 (d, 1H), 7,20 (s, 1H), 4,20 (t, 2H), 3,75 (t, 2H), 1,90 (m, 2H), 0,85 (s, 9H), 0,02 (s, 6H).
13C-NMR (DMSO-d6) δ 189,6, 162,7, 141,5, 134,0, 127,1, 118,2, 113,8, 65,4, 58,5, 31,2, 25,5, –3,1, –5,7.
2-Nitro-5- (3-hydroxypropoxy) benzaldehyde (1 g, 4.44 mmol) was dissolved in 50 ml of anhydrous acetonitrile. To this solution was added 1 ml of triethylamine, 200 mg of imidazole and 0.8 g (5.3 mmol) of tBDMSCl. The mixture was stirred for 4 hours at room temperature. Methanol (1 ml) was added to stop the reaction. The solvent was removed in vacuo and the solid residue was dissolved in 100 ml of methylene chloride. The resulting solution was washed with saturated sodium bicarbonate solution and then with water. The organic phase was dried over sodium sulfate and the solvent was removed in vacuo. The crude mixture was subjected to rapid column chromatography with methylene chloride to give 1.44 g (96%) of 2-nitro-5- (3-O-tert-butyldimethylsilylpropoxy) benzaldehyde.
R f = 0.67 (hexane / ethyl acetate, 5/1).
UV (methanol), maximum: 317, 243, 215 nm: minimum: 235, 267 nm.
1 H-NMR (DMSO-d 6) δ 10.28 (s, 1H), 8.14 (d, 1H), 7.32 (d, 1H), 7.20 (s, 1H), 4.20 (t, 2H), 3.75 (t, 2H), 1.90 (m, 2H), 0.85 (s, 9H), 0.02 (s, 6H).
13 C-NMR (DMSO-d 6 ) δ 189.6, 162.7, 141.5, 134.0, 127.1, 118.2, 113.8, 65.4, 58.5, 31.2 , 25.5, -3.1, -5.7.

C. 1-(2-Nitro-5-(3-O-tert.-butyldimethylsilylpropoxy)phenyl)ethanolC. 1- (2-nitro-5- (3-O-tert-butyldimethylsilylpropoxy) phenyl) ethanol

Im Hochvakuum getrocknetes 2-Nitro-5-(3-O-tert.-butyldimethylsilylpropoxy)benzaldehyd (1,02 g, 3 mmol) wurde in 50 ml wasserfreiem Methylenchlorid gelöst. 2M Trimethylaluminium in Toluol (3 ml) wurden tropfenweise innerhalb von 10 min zugegeben und das Reaktionsgemisch wurde bei Raumtemperatur belassen. Es wurde für 10 min weiter gerührt, und das Gemisch wurde in 10 ml eiskaltes Wasser gegossen. Die Emulsion wurde von der Wasserphase getrennt und über 100 g Natriumsulfat getrocknet, um restliches Wasser zu beseitigen. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, und das Gemisch wurde auf eine Silicagel-Säule mit einem Methanolgradienten in Methylenchlorid aufgetragen. 0,94 g (86%) des gewünschten Produktes wurden isoliert.
Rf = 0,3 75 (Hexan/Ethylacetat, 5/1).
UV(Methanol), Maximum: 306, 233, 206 nm: Minimum: 255, 220 nm.
1H-NMR (DMSO-d6) δ 8,00 (d, 1H), 7,36 (s, 1H), 7,00 (d, 1H), 5,49 (b, OH), 5,31 (q, 1H), 4,19 (m, 2H), 3,77 (t, 2H), 1,95 (m, 2H), 1,37 (d, 3H), 0,86 (s, 9H), 0,04 (s, 6H).
13C-NMR (DMSO-d6) δ 162,6, 146,2, 139,6, 126,9, 112,9, 112,5, 64,8, 63,9, 58,7, 31,5, 25,6, 24,9, –3,4, –5,8.
High-vacuum dried 2-nitro-5- (3-O-tert-butyldimethylsilylpropoxy) benzaldehyde (1.02 g, 3 mmol) was dissolved in 50 ml of anhydrous methylene chloride. 2M trimethylaluminum in toluene (3 ml) was added dropwise over 10 minutes and the reaction mixture was left at room temperature. The stirring was continued for 10 minutes, and the mixture was poured into 10 ml of ice-cold water. The emulsion was separated from the water phase and dried over 100 g of sodium sulfate to remove residual water. The solvent was removed in vacuo and the mixture was applied to a silica gel column with a methanol gradient in methylene chloride. 0.94 g (86%) of the desired product was isolated.
R f = 0.375 (hexane / ethyl acetate, 5/1).
UV (methanol), maximum: 306, 233, 206 nm: minimum: 255, 220 nm.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ) δ 8.00 (d, 1H), 7.36 (s, 1H), 7.00 (d, 1H), 5.49 (b, OH), 5.31 (q, 1H), 4.19 (m, 2H), 3.77 (t, 2H), 1.95 (m, 2H), 1.37 (d, 3H), 0.86 (s, 9H) , 0.04 (s, 6H).
13 C-NMR (DMSO-d 6 ) δ 162.6, 146.2, 139.6, 126.9, 112.9, 112.5, 64.8, 63.9, 58.7, 31.5 , 25.6, 24.9, -3.4, -5.8.

D. 1-(2-Nitro-5-(3-hydroxypropoxy)phenyl)ethanolD. 1- (2-nitro-5- (3-hydroxypropoxy) phenyl) ethanol

1-(2-Nitro-5-(3-O-tert.-butyldimethylsilylpropoxy)phenyl)ethanol (0,89 g, 2,5 mmol) wurde in 30 ml THF gelöst, und 0,5 mmol nBu4NF wurde unter Rühren hinzugegeben. Das Gemisch wurde 5 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, und das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt. Der restliche Rückstand wurde auf eine Silicagel-Säule mit einem Methanol-Gradienten in Methylenchlorid aufgetragen. 1-(2-Nitro-5-(3-hydroxypropoxy)phenyl)ethanol (0,6 g, (99%)) wurde erhalten.
Rf = 0,17 (Dichlormethan/Methanol, 95/5).
UV(Methanol), Maximum: 304, 232, 210 nm: Minimum: 255, 219 nm.
1H-NMR (DMSO-d6) δ 8,00 (d, 1H), 7,33 (s, 1H), 7,00 (d, 1H), 5,50 (d, OH), 5,28 (t, OH), 4,59 (t, 1H), 4,17 (t, 2H), 3,57 (m, 2H), 1,89 (m, 2H), 1,36 (d, 2H).
13C-NMR (DMSO-d6) δ 162,8, 146,3, 139,7, 127,1, 113,1, 112,6, 65,5, 64,0, 57,0, 31,8, 25,0.
1- (2-Nitro-5- (3-O-tert-butyldimethylsilylpropoxy) phenyl) ethanol (0.89 g, 2.5 mmol) was dissolved in 30 mL of THF and 0.5 mmol of nBu 4 NF was added Stirring added. The mixture was stirred at room temperature for 5 hours and the solvent was removed in vacuo. The residual residue was applied to a silica gel column with a methanol gradient in methylene chloride. 1- (2-nitro-5- (3-hydroxypropoxy) phenyl) ethanol (0.6 g, (99%)) was obtained.
R f = 0.17 (dichloromethane / methanol, 95/5).
UV (methanol), maximum: 304, 232, 210 nm: minimum: 255, 219 nm.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ) δ 8.00 (d, 1H), 7.33 (s, 1H), 7.00 (d, 1H), 5.50 (d, OH), 5.28 (t, OH), 4.59 (t, 1H), 4.17 (t, 2H), 3.57 (m, 2H), 1.89 (m, 2H), 1.36 (d, 2H) ,
13 C-NMR (DMSO-d 6 ) δ 162.8, 146.3, 139.7, 127.1, 113.1, 112.6, 65.5, 64.0, 57.0, 31.8 , 25.0.

E. 1-(2-Nitro-5-(3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy)phenyl)ethanolE. 1- (2-nitro-5- (3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy) phenyl) ethanol

1-(2-Nitro-5-(3-hydroxypropoxy)phenyl)ethanol (0,482 g, 2 mmol) wurde zweimal mit wasserfreiem Pyridin coverdampft und in wasserfreiem Pyridin gelöst. Die Lösung wurde im Eiswasserbad gekühlt, und 750 mg (2,2 mmol) DMTCl wurden zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, und 0,5 ml Methanol wurden zur Beendigung der Umsetzung hinzugegeben. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, und der Rückstand wurde zweimal mit Toluol verdampft, um Pyridinspuren zu entfernen. Der endgültige Rückstand wurde auf eine Silicagel-Säule mit einem Methanol-Gradienten in Methylenchlorid aufgetragen, welches Triethylamin-Tropfen enthielt, so dass 0,96 g (89%) des gewünschten Produktes 1-(2-Nitro-5-(3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy)phenyl)ethanol erhalten wurden.
Rf = 0,50 (Dichlormethan/Methanol, 99/1).
UV(Methanol), Maximum: 350 (Schulter), 305, 283, 276 (Schulter), 233, 208 nm; Minimum: 290, 258, 220 nm.
1H-NMR (DMSO-d6) δ 8,00 (d, 1H), 6,82-7,42 (ArH), 5,52 (d, OH), 5,32 (m, 1H), 4,23 (t, 2H), 3,71 (s, 6H), 3,17 (t, 2H), 2,00 (m, 2H), 1,37 (d, 3H).
13C-NMR (DMSO-d6) δ 162,5, 157,9, 157,7, 146,1, 144,9, 140,1, 139,7, 135,7, 129,5, 128,8, 127,6, 127,5, 127,3, 126,9, 126,4, 113,0, 112,8, 112,6, 85,2, 65,3, 63,9, 59,0, 54,8, 28,9, 24,9.
1- (2-nitro-5- (3-hydroxypropoxy) phenyl) ethanol (0.482 g, 2 mmol) was co-evaporated twice with anhydrous pyridine and dissolved in anhydrous pyridine. The solution was cooled in an ice-water bath, and 750 mg (2.2 mmol) of DMTCl was added. The reaction mixture was stirred at room temperature overnight, and 0.5 ml of methanol was added to terminate the reaction. The solvent was removed in vacuo and the residue was evaporated twice with toluene to remove pyridine traces. The final residue was applied to a silica gel column with a methanol gradient in methylene chloride containing triethylamine drops to give 0.96 g (89%) of the desired product 1- (2-nitro-5- (3-O 4,4'-dimethoxytritylpropoxy) phenyl) ethanol.
R f = 0.50 (dichloromethane / methanol, 99/1).
UV (methanol), maximum: 350 (shoulder), 305, 283, 276 (shoulder), 233, 208 nm; Minimum: 290, 258, 220 nm.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ) δ 8.00 (d, 1H), 6.82-7.42 (ArH), 5.52 (d, OH), 5.32 (m, 1H), 4 , 23 (t, 2H), 3.71 (s, 6H), 3.17 (t, 2H), 2.00 (m, 2H), 1.37 (d, 3H).
13 C-NMR (DMSO-d 6 ) δ 162.5, 157.9, 157.7, 146.1, 144.9, 140.1, 139.7, 135.7, 129.5, 128.8 , 127.6, 127.5, 127.3, 126.9, 126.4, 113.0, 112.8, 112.6, 85.2, 65.3, 63.9, 59.0, 54 , 8, 28.9, 24.9.

F. 1-(2-Nitro-5-(3-O-4,4'-dimethoxytrilylpropoxy)phenyl)-1-O-((2-cyanoethoxy)diisopropylaminophosphino)ethanF. 1- (2-nitro-5- (3-O-4,4'-dimethoxytrilylpropoxy) phenyl) -1-O - ((2-cyanoethoxy) diisopropylaminophosphino) ethane

1-(2-Nitro-5-(3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy)phenyl)ethanol (400 mg, 0,74 mMol) wurde unter Hochvakuum getrocknet und in 20 ml wasserfreiem Methylenchlorid gelöst. Zu dieser Lösung wurden 0,5 ml N,N-Diisopropylethylamin und 0,3 ml (1,34 mMol) 2-Cyanoethyl-N,N-diisopropylchlorphosphoramidit zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 30 min bei Raumtemperatur gerührt, und 0,5 ml Methanol wurde zur Beendigung der Reaktion hinzugegeben. Das Gemisch wurde mit gesättigter Natriumbicarbonat-Lösung gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt eine rasche Silicagel-Säule mit 1% Methanol in Methylenchlorid, das Triethylamin-Tropfen enthielt, ergab 510 mg (93%) des gewünschten Phosphoramidits.
Rf = 0,87 (Dichlormethan/Methanol, 99/1)
1- (2-nitro-5- (3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy) phenyl) ethanol (400 mg, 0.74 mmol) was dried under high vacuum and dissolved in 20 mL of anhydrous methylene chloride. To this solution was added 0.5 ml of N, N-diisopropylethylamine and 0.3 ml (1.34 mmol) of 2-cyanoethyl-N, N-diisopropylchlorophosphoramidite. The reaction mixture was stirred at room temperature for 30 minutes and 0.5 ml of methanol was added to stop the reaction. The mixture was washed with saturated sodium bicarbonate solution and dried over sodium sulfate. The solvent was removed in vacuo. A rapid silica gel column with 1% methanol in methylene chloride containing triethylamine drops gave 510 mg (93%) of the desired phosphoramidite.
R f = 0.87 (dichloromethane / methanol, 99/1)

BEISPIEL 35EXAMPLE 35

1-(4-(3-O-4,4'-Dimethoxytritylpropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)-1-O-((2-cyanoethoxy)-diisopropylaminophosphino)ethan1- (4- (3-O-4,4'-Dimethoxytritylpropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl) -1-O - ((2-cyanoethoxy) -diisopropylaminophosphino) ethane

A. 4(3-Hydroxypropoxy)-3-methoxyacetophenonA. 4 (3-hydroxypropoxy) -3-methoxyacetophenone

3-Brom-1-propanol (53 ml, 33 mmol) wurde über Nacht (15 h) in 100 ml wasserfreiem Acetonitril mit 4-Hydroxy-3-methoxyacetophenon (5 g, 30 mMol), K2CO3 (5g) und KI unter Rückfluss belassen. Das Reaktionsgemisch wurde nach Abkühlen auf Raumtemperatur mit 150 ml Methylenchlorid versetzt. Das Gemisch wurde filtriert, und der feste Rückstand wurde mit Methylenchlorid gewaschen. Die vereinigte organische Lösung wurde bis zu Trockne eingedampft und in 100 ml Methylenchlorid gelöst. Die erhaltene Lösung wurde mit gesättigter NaCl-Lösung gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. 6,5 g (96,4%) des gewünschtem Produktes wurden nach Entfernung des Lösungsmittels im Vakuum erhalten.
Rf = 0,41 (Dichlormethan/Methanol, 95/5).
UV (Methanol) Maximum: 304, 273, 227, 210 nm; Minimum: 291, 244, 214 nm.
1H-NMR (DMSO-d6) δ 7,64 (d, 1H), 7,46 (s, 1H), 7,04 (d, 1H), 4,58 (b, OH), 4,12 (t, 2H), 3,80 (s, 3H), 3,56 (t, 2H), 2,54 (s, 3H), 1,88 (m, 2H).
13C-NMR (DMSO-d6) δ 196,3, 152,5, 148,6, 129,7, 123,1, 111,5, 110,3, 65,4, 57,2, 55,5, 31,9, 26,3.
3-Bromo-1-propanol (53 mL, 33 mmol) was added overnight (15 h) in 100 mL of anhydrous acetonitrile with 4-hydroxy-3-methoxyacetophenone (5 g, 30 mmol), K 2 CO 3 (5 g) and Keep AI at reflux. After cooling to room temperature, the reaction mixture was admixed with 150 ml of methylene chloride. The mixture was filtered and the solid residue was washed with methylene chloride. The combined organic solution was evaporated to dryness and dissolved in 100 ml of methylene chloride. The resulting solution was washed with saturated NaCl solution and dried over sodium sulfate. 6.5 g (96.4%) of the desired product were obtained after removal of the solvent in vacuo.
R f = 0.41 (dichloromethane / methanol, 95/5).
UV (methanol) maximum: 304, 273, 227, 210 nm; Minimum: 291, 244, 214 nm.
1 H-NMR (DMSO-d 6) δ 7.64 (d, 1H), 7.46 (s, 1H), 7.04 (d, 1H), 4.58 (b, OH), 4.12 (t, 2H), 3.80 (s, 3H), 3.56 (t, 2H), 2.54 (s, 3H), 1.88 (m, 2H).
13 C-NMR (DMSO-d 6 ) δ 196.3, 152.5, 148.6, 129.7, 123.1, 111.5, 110.3, 65.4, 57.2, 55.5 , 31.9, 26.3.

B. 4.(3-Acetoxypropoxy)-3-methoxyacetophenonB. 4. (3-Acetoxypropoxy) -3-methoxyacetophenone

4-(3-Hydroxypropoxy)-3-methoxyacetophenon (3,5 g, 15,6 mmol) wurde getrocknet und in 80 ml wasserfreiem Acetonitril gelöst. Zu diesem Gemisch wurden 6 ml Triethylamin und 6 ml Essigsäureanhydrid gegeben. Nach 4 Stunden wurde 6 ml Methanol zugegeben, und das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt. Der Rückstand wurde in 100 ml Dichlormethan gelöst, und die Lösung wurde mit verdünnter Natriumbicarbonat-Lösung und dann mit Wasser gewaschen. Die organische Phase wurde über Natriumsulfat getrocknet, und das Lösungsmittel wurde entfernt. Der feste Rückstand wurde auf eine Silicagel-Säule mit Methylenchlorid aufgetragen, so dass 4,1 g 4-(3-Acetoxypropoxy)-3-methoxyacetophenon (98,6%) erhalten wurden.
Rf 0,22 (Dichlormethan/Methanol, 99/1).
UV(Methanol), Maximum: 303, 273, 227, 210 nm; Minimum: 290, 243, 214 nm.
1H-NMR (DMSO-d6) δ 7,62 (d, 1H), 7,45 (s, 1H), 7,08 (4, 1H), 4,12 (m, 4H), 3,82 (s, 3H), 2,54 (s, 3H), 2,04 (m, 2H), 2,00 (s, 3H).
13C-NMR (DMSO-d6) δ 196,3, 170,4, 152,2, 148,6, 130,0, 123,0, 111,8, 110,4, 65,2, 60,8, 55,5, 27,9, 26,3, 20,7.
4- (3-Hydroxypropoxy) -3-methoxyacetophenone (3.5 g, 15.6 mmol) was dried and dissolved in 80 mL of anhydrous acetonitrile. To this mixture was added 6 ml of triethylamine and 6 ml of acetic anhydride. After 4 hours, 6 ml of methanol was added and the solvent was removed in vacuo. The residue was dissolved in 100 ml of dichloromethane and the solution was washed with dilute sodium bicarbonate solution and then with water. The organic phase was dried over sodium sulfate and the solvent was removed. The solid residue was applied to a silica gel column with methylene chloride to give 4.1 g of 4- (3-acetoxypropoxy) -3-methoxyacetophenone (98.6%).
R f 0.22 (dichloromethane / methanol, 99/1).
UV (methanol), maximum: 303, 273, 227, 210 nm; Minimum: 290, 243, 214 nm.
1 H-NMR (DMSO-d 6) δ 7.62 (d, 1H), 7.45 (s, 1H), 7.08 (4, 1H), 4.12 (m, 4H), 3.82 (s, 3H), 2.54 (s, 3H), 2.04 (m, 2H), 2.00 (s, 3H).
13 C-NMR (DMSO-d 6 ) δ 196.3, 170.4, 152.2, 148.6, 130.0, 123.0, 111.8, 110.4, 65.2, 60.8 , 55.5, 27.9, 26.3, 20.7.

C. 4-(3-Acetoxypropoxy)-3-methoxy-6-nitroacetophenonC. 4- (3-Acetoxypropoxy) -3-methoxy-6-nitroacetophenone

4-(3-Acetoxypropoxy)-3-methoxyacetophenon (3,99 g, 15 mMol) wurde portionsweise zu 15 ml 70%-igem HNO3 im Wasserbad zugegeben, und die Reaktionstemperatur wurde bei Raumtemperatur gehalten. Das Reaktionsgemisch wurde 30 min bei Raumtemperatur belassen, und 30 g Eisstücke wurden hinzugegeben. Dieses Gemisch wurde mit 100 ml Dichlormethan extrahiert, und die organische Phase wurde mit gesättigter Natriumbicarbonat-Lösung gewaschen. Die Lösung wurde über Natriumsulfat getrocknet, und das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt. Das Rohgemisch wurde auf eine Silicagel-Säule mit einem Methanol-Gradienten in Methylenchlorid aufgetragen, so dass 3,8 g (81,5%) des gewünschten Produktes 4-(3-Acetoxypropoxy)-3-methoxy-6-nitroacetophenon und 0,38 g (8%) des ipso-substituierten Produktes 5-(3-Acetopropoxy)-4-methoxy-1,2-dinitrobenzol erhalten wurden.4- (3-Acetoxypropoxy) -3-methoxyacetophenone (3.99 g, 15 mmol) was added portionwise to 15 ml of 70% HNO 3 in a water bath and the reaction temperature was maintained at room temperature. The reaction mixture was left at room temperature for 30 minutes, and 30 g of ice pieces were added. This mixture was extracted with 100 ml of dichloromethane and the organic phase was washed with saturated sodium bicarbonate solution. The solution was dried over sodium sulfate and the solvent was removed in vacuo. The crude mixture was applied to a silica gel column with a methanol gradient in methylene chloride to give 3.8 g (81.5%) of the desired product 4- (3-acetoxypropoxy) -3-methoxy-6-nitroacetophenone and O, 38 g (8%) of the ipso-substituted product 5- (3-acetopropoxy) -4-methoxy-1,2-dinitrobenzene were obtained.

Ipso-substituiertes Nebenprodukt 5-(3-Acetopropoxy)-4-methoxy 1,2-dinitrobenzol:
Rf = 0,47 (Dichlormethan/Methanol, 99/1).
UV (Methanol), Maximum: 334, 330, 270, 240, 212 nm; Minimum: 310, 282, 263, 223 nm.
1H-NMR (CDCl3) δ 7,36 (s, 1H), 7,34 (s, 1H), 4,28 (t, 2H), 4,18 (t, 2H), 4,02 (s 3H), 2,20 (m, 2H), 2,08 (s, 3H).
13C-NMR (CDCl3) δ 170,9, 152,2, 151,1, 117,6, 111,2, 107,9, 107,1, 66,7, 60,6, 56,9, 28,2, 20,9.
Ipso-substituted by-product 5- (3-acetopropoxy) -4-methoxy-1,2-dinitrobenzene:
R f = 0.47 (dichloromethane / methanol, 99/1).
UV (methanol), maximum: 334, 330, 270, 240, 212 nm; Minimum: 310, 282, 263, 223 nm.
1 H-NMR (CDCl3) δ 7.36 (s, 1H), 7.34 (s, 1H), 4.28 (t, 2H), 4.18 (t, 2H), 4.02 (s 3H), 2.20 (m, 2H), 2.08 (s, 3H).
13 C-NMR (CDCl3) δ 170.9, 152.2, 151.1, 117.6, 111.2, 107.9, 107.1, 66.7, 60.6, 56.9, 28 , 2, 20,9.

Gewünschtes Produkt 4-(3-Acetoxypropoxy)3-methoxy-6-nitroacetophenon:
Rf = 0,29 (Dichlormethan/Methanol, 99/1).
UV (Methanol), Maximum: 344, 300, 246, 213 nm; Minimum: 320, 270, 227 nm.
1H-NMR (CDCl3) δ 37,62 (s, 1H), 6,74 (s, 1H), 4,28 (t, 2H), 4,20 (t, 2H), 3,96 (s, 3H), 2,48 (8, 3H), 2,20 (m, 2H), 2,08 (s, 3H).
13C-NMR (CDCl3) δ 200,0, 171,0, 154,3, 148,8, 138,3, 133,0, 108,8, 108,0, 66,1, 60,8, 56,6, 30,4, 28,2, 20,9.
Desired product 4- (3-acetoxypropoxy) -3-methoxy-6-nitroacetophenone:
R f = 0.29 (dichloromethane / methanol, 99/1).
UV (methanol), maximum: 344, 300, 246, 213 nm; Minimum: 320, 270, 227 nm.
1 H-NMR (CDCl3) δ 37.62 (s, 1H), 6.74 (s, 1H), 4.28 (t, 2H), 4.20 (t, 2H), 3.96 (s , 3H), 2.48 (8, 3H), 2.20 (m, 2H), 2.08 (s, 3H).
13 C-NMR (CDCl3) δ 200.0, 171.0, 154.3, 148.8, 138.3, 133.0, 108.8, 108.0, 66.1, 60.8, 56 , 6, 30.4, 28.2, 20.9.

D. 1-(4-(3-Hydroxypropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)ethanolD. 1- (4- (3-Hydroxypropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl) ethanol

4-(3-Acetoxypropoxy)-3-methoxy-6-nitroacetophenon (3,73 g, 12 mMol) wurde zu 150 ml Ethanol und 6,5 g K2CO3 gegeben. Das Gemisch wurde 4 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, und DSC mit 5% Methanol in Dichlormethan zeigte die Beendigung der Reaktion. Zu diesem gleichen Reaktionsgemisch wurden 3,5 g NaHB4 gegeben, und das Gemisch wurde 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Aceton (10 ml) wurde zugegeben und mit dem restlichen NaBH4 umgesetzt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, und der Rückstand wurde in 50 g Silicagel aufgenommen. Das Silicagel-Gemisch wurde oben auf eine Silicagel-Säμle mit 5% Methanol in Methylenchlorid aufgetragen, so dass 3,15 g (97%) des gewünschten Produktes 1-(4-(3-Hydroxypropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)ethanol erhalten wurden.4- (3-Acetoxypropoxy) -3-methoxy-6-nitroacetophenone (3.73 g, 12 mmol) was added to 150 ml of ethanol and 6.5 g of K 2 CO 3 . The mixture was stirred at room temperature for 4 hours and DSC with 5% methanol in dichloromethane showed completion of the reaction. To this same reaction mixture was added 3.5 g of NaHB 4 , and the mixture was stirred for 2 hours at room temperature. Acetone (10 ml) was added and reacted with the remaining NaBH 4 . The solvent was removed in vacuo and the residue was taken up in 50 g of silica gel. The silica gel mixture was applied to the top of a silica gel column with 5% methanol in methylene chloride to give 3.15 g (97%) of the desired product 1- (4- (3-hydroxypropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl ) ethanol.

Zwischenprodukt 4-(3-Hydroxypropoxy)-3-methoxy-6-nitroacetophenon nach Abspaltung der Schutzgruppe:
Rf = 0,60 (Dichlormethan/Methanol, 95/5).
Endprodukt: 1-(4-(3-Hydroxypropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)ethanol
Rf = 0,50 (Dichlormethan/Methanol, 95/5).
UV (Methanol), Maximum: 344, 300, 243, 219 nm; Minimum: 317, 264, 233 nm.
1H-NMR (DMSO-d6) δ 7,54 (s, 1H), 7,36 (s, 1H), 5,47 (d, OH), 5,27 (m, 1H), 4,55 (t, OH), 4,05 (t, 2H), 3,90 (s, 3H), 3,55 (q, 2H), 1,88 (m, 2H), 1,37 (d, 3H).
13C-NMR (DMSO-d6) δ 153,4, 146,4, 138,8, 137,9, 109,0, 108,1, 68,5, 65,9, 57,2, 56,0, 31,9, 29,6.
Intermediate 4- (3-hydroxypropoxy) -3-methoxy-6-nitroacetophenone after cleavage of the protecting group:
R f = 0.60 (dichloromethane / methanol, 95/5).
Final product: 1- (4- (3-hydroxypropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl) ethanol
R f = 0.50 (dichloromethane / methanol, 95/5).
UV (methanol), maximum: 344, 300, 243, 219 nm; Minimum: 317, 264, 233 nm.
1 H-NMR (DMSO-d 6) δ 7.54 (s, 1H), 7.36 (s, 1H), 5.47 (d, OH), 5.27 (m, 1H), 4.55 (t, OH), 4.05 (t, 2H), 3.90 (s, 3H), 3.55 (q, 2H), 1.88 (m, 2H), 1.37 (d, 3H) ,
13 C-NMR (DMSO-d 6 ) δ 153.4, 146.4, 138.8, 137.9, 109.0, 108.1, 68.5, 65.9, 57.2, 56.0 , 31.9, 29.6.

E. 1-(4-(3-O-4,4'-Dimethoxytritylpropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)ethanolE. 1- (4- (3-O-4,4'-Dimethoxytritylpropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl) ethanol

1-(4-(3-Hydroxypropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)ethanol (0,325 g, 1,2 mMol) wurde mit wasserfreiem Pyridin zweimal coverdampft und in 15 ml Pyridin gelöst. Die Lösung wurde im Eiswasserbad gekühlt, und 450 mg (1,33 mMol) DMTCI wurden zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, und 0,5 ml Methanol wurden zur Beendigung der Umsetzung zugegeben. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, und der Rückstand wurde zweimal mit Toluol coverdampft, um die Pyridinspuren zu entfernen. Der endgültige Rückstand wurde auf eine Silicagel-Säule mit einem Methanol-Gradienten in Methylenchlorid, das Triethylamintropfen enthielt, aufgetragen, so dass 605 mg (88%) des gewünschten Produktes 1-(4-(3-O-4,4'-Dimethoxytritylpropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)ethanol erhalten wurden.
Rf = 0,50 (Dichlormethan/Methanol, 95/5).
UV (Methanol), Maximum, 354, 302, 282, 274, 233, 209 nm; Minimum: 322, 292, 263, 222 nm.
1H-NMR (DMSO-d6) δ 7,54 (s, 1H), 6,8-7,4 (ArH), 5,48 (d, OH), 5,27 (m, 1H), 4,16 (t, 2H), 3,85 (s, 3H), 3,72 (s, 6H), 3,15 (t, 2H), 1,98 (t, 2H), 1,37 (d, 3H).
13C-NMR (DMSO-d6) 157,8, 153,3, 146,1, 144,9, 138,7, 137,8, 135,7, 129,4, 128,7, 127,5, 127,4, 126,3, 112,9, 112,6, 108,9, 108,2, 85,1, 65,7, 63,7, 59,2, 55,8, 54,8, 29,0, 25,0.
1- (4- (3-Hydroxypropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl) ethanol (0.325 g, 1.2 mmol) was co-evaporated twice with anhydrous pyridine and dissolved in 15 ml of pyridine. The solution was cooled in an ice-water bath and 450 mg (1.33 mmol) of DMTCI was added. The reaction mixture was stirred at room temperature overnight, and 0.5 ml of methanol was added to stop the reaction. The solvent was removed in vacuo and the residue co-evaporated twice with toluene to remove the pyridine traces. The final residue was applied to a silica gel column with a methanol gradient in methylene chloride containing triethylamine drop to give 605 mg (88%) of the desired product 1- (4- (3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy ) -3-methoxy-6-nitrophenyl) ethanol.
R f = 0.50 (dichloromethane / methanol, 95/5).
UV (methanol), maximum, 354, 302, 282, 274, 233, 209 nm; Minimum: 322, 292, 263, 222 nm.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ) δ 7.54 (s, 1H), 6.8-7.4 (ArH), 5.48 (d, OH), 5.27 (m, 1H), 4 , 16 (t, 2H), 3.85 (s, 3H), 3.72 (s, 6H), 3.15 (t, 2H), 1.98 (t, 2H), 1.37 (d, 3H).
13 C-NMR (DMSO-d 6 ) 157.8, 153.3, 146.1, 144.9, 138.7, 137.8, 135.7, 129.4, 128.7, 127.5, 127.4, 126.3, 112.9, 112.6, 108.9, 108.2, 85.1, 65.7, 63.7, 59.2, 55.8, 54.8, 29, 0, 25.0.

F. 1-(4-(3-O-4,4'-Dimethoxytritylpropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)-1-O-((2-cyanoethoxy)-diisopropylaminophosphino)ethanF. 1- (4- (3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl) -1-O - ((2-cyanoethoxy) -diisopropylaminophosphino) ethane

1-(4-(3-O-4,4'-Dimethoxytritylpropoxy)-3-mothoxy-6-nitrophenyl)ethanol (200 mg, 3,5 mMol) wurde unter Hochvakuum getrocknet und in 15 ml wasserfreiem Methylenchlorid gelöst. Zu dieser Lösung wurden 0,5 ml N,N-Diisopropylethylamin und 0,2 ml (0,89 mMol) 2-Cyanoethyl-NN-diisopropylchlorphosphoramidit zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 30 min bei Raumtemperatur gerührt, und 0,5 ml Methanol wurde zur Reaktion zugegeben, um die Reaktion zu beenden. Das Gemisch wurde mit gesättigter Natriumbicarbonat-Lösung gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt und eine rasche Silicagel-Säule mit 1% Methanol in Methylenchlorid, das Triethylamintropfen enthielt, ergab 247 mg (91,3%) des gewünschten Phosphoramidits 1-(4-(3-O-4,4'-Dimethoxytritylpropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)-1-O-((2-cyanoethoxy)diisopropylaminophosphino)ethan.
Rf = 087 (Dichlormethan/Methanol, 99/1).
1- (4- (3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl) ethanol (200 mg, 3.5 mmol) was dried under high vacuum and dissolved in 15 ml of anhydrous methylene chloride. To this solution was added 0.5 ml of N, N-diisopropylethylamine and 0.2 ml (0.89 mmol) of 2-cyanoethyl-N, N-diisopropylchlorophosphoramidite. The reaction mixture was stirred at room temperature for 30 minutes, and 0.5 ml of methanol was added to the reaction to terminate the reaction. The mixture was washed with saturated sodium bicarbonate solution and dried over sodium sulfate. The solvent was removed in vacuo and a rapid silica gel column containing 1% methanol in methylene chloride containing triethylamine drop gave 247 mg (91.3%) of the desired phosphoramidite 1- (4- (3-O-4,4'- Dimethoxytritylpropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl) -1-O - ((2-cyanoethoxy) diisopropylaminophosphino) ethane.
R f = 087 (dichloromethane / methanol, 99/1).

BEISPIEL 36EXAMPLE 36

Oligonukleotid-SyntheseOligonucleotide Synthesis

Die Oligonukleotid-Konjugate, die photospaltbare Linker enthalten, wurden durch Festphasen-Nukleinsäure-Synthese (siehe Sinha et al. (1983), Tetrahedron Lett. 24: 5843–5846; Sinha et al. (1984), Nucleic Acids Res. 12:4539–4557; Beaucage et al. (1993), Tetrahedron 49, 6123–6194 und Matteuci et al. (1981), J. Am. Chem.. Soc. 103:3185–3191) unter Standard-Bedingungen hergestellt. Für den Einbau der photospaltbaren Einheit und der 5'-terminalen Aminogruppe wurde außerdem eine längere Kopplungsdauer verwendet. Die Kopplungseffizienz wurde durch Messen der Extinktion des freigesetzten DMT-Kations ermittelt, und die Ergebnisse zeigten eine vergleichbare Kopplungseffizienz von Phosphoramidit-1-(2-Nitro-5-(3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy)phenyl-1-O-((2-cyanoethoxy)-diisopropylamino phosphino)ethan oder 1-(4-(3-O-4,4'-Dimethoxytritylpropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)-1-O-((2-cyanoethoxy)-diisopropylaminophosphino)ethan mit denen gewöhnlicher Nukleosid-Phosphoramidite. Die Abspaltung der Basenschutzgruppe und Freisetzung der Konjugate aus dem festen Träger erfolgte mit konzentriertem Anmmonium über Nacht bei 55°C. Die Abspaltung der Basenschutzgruppe von anderen Konjugaten erfolgte durch schnelle Abspaltung mit AMA-Reagenzien. Die Reinigung der MMT-On-Konjugate erfolgte durch HPLC (Trityl-On), wobei 0,1 M Triethylammoniumacetat, pH 7,0, und ein Acetonitrilgradient (5% bis 25% in 20 Minuten) verwendet wurde. Das aufgefangene MMT- oder DMT-geschützte Konjugat wurde eingeengt, mit 80%-iger wässriger Essigsäure (40 min, 0°C) detrityliert, entsalzt und bei –20°C aufbewahrt.The Oligonucleotide conjugates containing photocleavable linkers were used by solid-phase nucleic acid synthesis (see Sinha et al., (1983) Tetrahedron Lett. 24: 5843-5846; Sinha et al. (1984), Nucleic Acids Res. 12: 4539-4557; Beaucage et al. (1993) Tetrahedron 49, 6123-6194 and Matteuci et al. (1981) J. Am. Chem. Soc. 103: 3185-3191) Standard conditions produced. For the installation of photocleavable Unit and the 5'-terminal Amino group was added as well a longer one Coupling duration used. The coupling efficiency was measured the extinction of the released DMT cation, and the Results showed comparable coupling efficiency of phosphoramidite 1- (2-nitro-5- (3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy) phenyl-1-O- ((2-cyanoethoxy) -diisopropylaminophosphino) ethane or 1- (4- (3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl) -1-O - ((2-cyanoethoxy) -diisopropylaminophosphino) ethane with those more ordinary Nucleoside phosphoramidites. The cleavage of the base protection group and release of the conjugates from the solid support was done with concentrated Anmmonium over Night at 55 ° C. Cleavage of the base protecting group from other conjugates was done by rapid cleavage with AMA reagents. The cleaning of the MMT-on conjugates were made by HPLC (Trityl-On) using 0.1 M triethylammonium acetate, pH 7.0, and an acetonitrile gradient (5% to 25% in 20 minutes) has been. The collected MMT- or DMT-protected conjugate was concentrated, with 80% aqueous acetic acid (40 min, 0 ° C) detritylated, desalted and stored at -20 ° C.

BEISPIEL 37EXAMPLE 37

Photolyse-UntersuchungPhotolysis study

In einem typischen Fall wurden 2 nMol Oligonukleotid-Konjugat, das photospaltbaren Linker enthielt, in 200 μl destilliertem Wasser mit einer langweiligen UV-Lampe (Blak Ray XX-15 UV-Lampe, Ultraviolet products, San Gabriel, CA) aus 10 cm Entfernung bestrahlt (Emissions-Peak 365 nm, Lampenstärke = 1,1 mW/cm2 bei 31 cm Entfernung). Das erhaltene Gemisch wurde durch HPLC (Trityl-Off) unter Verwendung von 0,1 M Triethylammoniumacetat, pH 7,0, und einem Acetonitril-Gradienten analysiert. Die Analyse zeigte, dass das Konjugat bei der UV-Bestrahlung innerhalb von Minuten vom Linker abgespalten wurde.In a typical case, 2 nmoles of oligonucleotide conjugate containing photocleavable linker were irradiated in 200 μl of distilled water with a boring UV lamp (Blak Ray XX-15 UV lamp, Ultraviolet products, San Gabriel, CA) from a distance of 10 cm (Emission peak 365 nm, lamp intensity = 1.1 mW / cm 2 at 31 cm distance). The resulting mixture was analyzed by HPLC (trityl-off) using 0.1 M triethylammonium acetate, pH 7.0, and an acetonitrile gradient. The analysis showed that the conjugate was cleaved from the linker by UV irradiation within minutes.

Claims (18)

Verfahren zur Bestimmung der Reihenfolge von basenspezifisch endenden Nukleinsäurefragmenten eines Zielnukleinsäuremoleküls, umfassend die Schritte: a) Erhalten eines Nukleinsäuremoleküls, welches die Zielnukleinsäuresequenz und, an einem Ende, eine Markierung umfasst; b) Erzeugen von partiellen basenspezifisch endenden Nukleinsäurefragmenten aus der Zielnukleinsäure unter Verwendung einer Endonuklease; und c) Analysieren der Fragmente durch ein massenspektrometrisches Format, um massenspektrometrische Daten zu erhalten, Verwenden der Daten; und d) Bestimmen der Reihenfolge der basenspezifisch endenden Nukleinsäurefragmente in dem Zielnukleinsäuremolekül.A method for determining the order of base-specific ending nucleic acid fragments of a target nucleic acid molecule comprising the steps of: a) obtaining a nucleic acid molecule comprising the target nucleic acid sequence and, at one end, a label; b) generating partial base-specific ending nucleic acid fragments from the target nucleic acid using an endonuclease; and c) analyzing the fragments by mass spectrometry format to obtain mass spectrometric data, using the data; and d) determining the order of base-specific ending nucleic acid fragments in the target nucleic acid acid molecule. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Nuklease ein Restriktionsenzym ist, das wenigstens eine Restriktionsstelle in der Zielnukleinsäure erkennen und spalten kann.The method of claim 1, wherein the nuclease is a Restriction enzyme is at least one restriction site in the target nucleic acid can recognize and split. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Zielnukleinsäure eine Desoxyribonukleinsäure ist und die Nuklease eine Desoxyribonuklease ist.The method of claim 1, wherein the target nucleic acid is a deoxyribonucleic acid and the nuclease is a deoxyribonuclease. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Zielnukleinsäure eine Ribonukleinsäure ist und die Nuklease eine Ribonukease ist.The method of claim 1, wherein the target nucleic acid is a ribonucleic acid and the nuclease is a ribonucease. Verfahren nach Anspruch 4, worin die Ribonuklease ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: der G-spezifischen T1-Ribonuklease, der A-spezifischen U2-Ribonuklease, der A/U-spezifischen PhyM-Ribonuklease, der U/C-spezifischen Ribonuklease A, der C-spezifischen Hühnerleber-Ribonuklease und Crisavitin.The method of claim 4, wherein the ribonuclease selected is selected from the group consisting of: the G-specific T1 ribonuclease, the A-specific U2 ribonuclease, the A / U specific PhyM ribonuclease, the U / C specific ribonuclease A, the C-specific chicken liver ribonuclease and Crisavitin. Verfahren nach Anspruch 1, worin die in Schritt b) erzeugten basenspezifisch endenden Nukleinsäurefragmente Nukleotide mit veränderter Masse beinhalten.The method of claim 1, wherein in step b) produced base-specific ending nucleic acid fragments nucleotides with modified Include mass. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Markierung eine 3'-Markierung umfasst.The method of claim 1 wherein the label is a 3 'mark comprises. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Markierung eine 5'-Markierung umfasst.The method of claim 1 wherein the label is a 5 'mark comprises. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, worin die Markierung eine nicht-natürliche Markierung ist.A method according to claim 7 or 8, wherein the label a non-natural one Mark is. Verfahren nach Anspruch 9, worin die nicht-natürliche Markierung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer Affinitätsmarkierung und einem Massen-Marker.The method of claim 9, wherein the non-natural label selected is selected from the group consisting of: an affinity tag and a mass tag. Verfahren nach Anspruch 10, worin die Affinitätsmarkierung die Immobilisierung der Nukleinsäure an einem festen Träger erleichtert.The method of claim 10, wherein the affinity tag the immobilization of the nucleic acid on a solid support facilitated. Verfahren nach Anspruch 11, worin die Affinitätsmarkierung Biotin ist oder eine Nukleinsäuresequenz, die in der Lage ist, an eine Einfangnukleinsäuresequenz, die an einen festen Träger gebunden ist, zu binden.The method of claim 11, wherein the affinity tag Biotin is or a nucleic acid sequence that is capable of attaching to a capture nucleic acid sequence attached to a solid carrier is bound to bind. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12, worin eine Nukleinsäure über einen selektiv spaltbaren Linker an einem festen Träger immobilisiert ist.A method according to any one of claims 1-12, wherein a nucleic acid has a selectively cleavable linker is immobilized on a solid support. Verfahren nach Anspruch 13, worin der Linker thermisch spaltbar, enzymatisch spaltbar, photospaltbar oder chemisch spaltbar ist.The method of claim 13, wherein the linker is thermal cleavable, enzymatically cleavable, photocleavable or chemically cleavable is. Verfahren nach Anspruch 13, worin der Linker ein Trityl-Linker ist.The method of claim 13, wherein the linker is a Trityl linker is. Verfahren nach Anspruch 13, worin der Linker ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 1-(2-Nitro-5-(3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy)phenyl)-1-O-((2-cyanoethoxy)-diisopropylaminophosphin)ethan und 1-(4-(3-O-4,4'-Dimethoxytritylpropoxy)-3-methoxy-6-nitrophenyl)-1-O-((2-cyanoethoxy)-diisopropylaminophosphin)ethan.The method of claim 13, wherein the linker is selected from the group consisting of 1- (2-nitro-5- (3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy) phenyl) -1-O - ((2-cyanoethoxy) -diisopropylaminophosphine) ethane and 1- (4- (3-O-4,4'-dimethoxytritylpropoxy) -3-methoxy-6-nitrophenyl) -1-O- ((2-cyanoethoxy) -diisopropylaminophosphine) ethane. Verfahren nach Anspruch 1, worin die markierten Fragmente von den nicht-markierten Fragmenten getrennt werden, bevor die Fragmente durch Massenspektrometrie analysiert werden.The method of claim 1, wherein the labeled Fragments of the non-labeled Fragments are separated before the fragments by mass spectrometry to be analyzed. Verfahren nach Anspruch 1, worin die markierten Fragmente von den nicht-markierten Fragmenten getrennt werden, die markierten Fragmente durch ein massenspektrometrisches Format analysiert werden, und die Reihenfolge der markierten Fragmente bestimmt wird.The method of claim 1, wherein the labeled Fragments of the non-labeled Fragments are separated, the labeled fragments by mass spectrometry Format are analyzed, and the order of the marked fragments is determined.
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